Most living organisms have a biological clock and it has been highly conserved from bacteria to mammals. Much of our current understanding of circadian clock system in mammals is driven from many studies done in Drosophila. Especially, Drosophila melanogaster is a good model system for clarifying the molecular mechanism underlying the circadian rhythms because this model organism is easy to perform the genetic manipulation and large-scale mutant screening. In addition, mammals and Drosophila share the similar fundamental clock mechanism. Endogenous circadian clocks have a period of approximately 24 hours. They not only persist their circadian rhythms in constant conditions but also can be easily entrained by environmental signals such as light, temperature and other external stimuli. Light is one of the strongest environmental time cues for entraining endogenous circadian rhythms. Emerging evidence indicates that CREB-regulated transcription co-activator 1 (CRTC1) is a key player in this pathway, stimulating light-induced Period1 (Per1) transcription in mammalian clocks. Here, we demonstrate a light-independent role of Drosophila CRTC in sustaining circadian behaviors. Genomic deletion of the crtc locus causes long but poor locomotor rhythms in constant darkness. Overexpression or RNA interference-mediated depletion of CRTC in circadian pacemaker neurons similarly impairs the free-running behavioral rhythms, implying that Drosophila clocks are sensitive to the dosage of CRTC. The crtc null mutation delays the overall phase of circadian gene expression yet it remarkably dampens light-independent oscillations of TIMELESS (TIM) proteins in the clock neurons. In fact, CRTC overexpression enhances CLOCK/CYCLE (CLK/CYC)-activated transcription from tim but not per promoter in clock-less S2 cells whereas CRTC depletion suppresses it. Consistently, TIM overexpression partially but significantly rescues the behavioral rhythms in crtc mutants. Taken together, our data suggest that CRTC is a novel co-activator for the CLK/CYC-activated tim transcription to coordinate molecular rhythms with circadian behaviors over a 24-hour time-scale. We thus propose that CRTC-dependent clock mechanisms have co-evolved with selective clock genes among different species
본 연구에서는 초파리 CRTC의 새로운 생체리듬 조절 기전을 규명하였으며, 포유동물과 어떠한 상동성과 차이점을 가지고 생체리듬 조절에서의 중추적인 역할을 수행하는지 탐색하였다.
먼저, crtc 유전자 결손 돌연변이체의 행동 분석 실험을 통해 crtc의 유전적 결함으로 인해 나타나는 불규칙적인 생체리듬 양상과 주기가 길어지는 표현형을 확인하였다. 나아가, 생체리듬을 조절하는 신경세포에서 특이적으로 CRTC의 발현을 억제시키거나 과발현 시켰을 때에도 불규칙적인 생체리듬을 나타내었으며 이를 통해 초파리의 생체리듬 조절에 있어서 CRTC의 양 조절이 중요함을 확인할 수 있었다. 또한 crtc 유전자 결함에 의해 주요 생체리듬 유전자들의 발현이 지연되는 현상을 관찰하였고, 그에 따라 생체리듬이 손상되는 것을 확인하였다. 특히, 빛이 없는 상황에서 주요 생체리듬 단백질 중 하나인 TIMELESS (TIM)의 발현이 현저히 저하된 현상을 관찰할 수 있었다. 실제로, 초파리 S2 세포에서 CRTC 양의 증가에 따라 CLK/CYC에 의한 tim의 전사활성이 촉진되었으며, 반대로 dsCRTC를 처리하여 CRTC 발현을 억제 시켜주었을 시에는 tim의 전사 활성이 저해되는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 CRTC가 CLK/CYC을 매개로 한 tim의 전사조절을 유도하여 생체 내 분자적 리듬과 행동적 리듬 간의 상호 조정에 관여한다는 것을 확인하였다.
