Cell Chemical Biology | 饒毅團隊發現MARK2是調控生物鐘PER2的關鍵激酶

晝夜節律是生物體適應地球自轉產生的內源性計時系統，調控著睡眠-覺醒、代謝和免疫等生理過程的日常波動。這一精密的分子時鐘核心由轉錄-翻譯反饋環路構成，其中PERIOD2（PER2）蛋白的穩定性與磷酸化修飾是調控節律周期的關鍵節點。2001年，科學家在家族性睡眠相位提前綜合征患者中發現PER2基因S662G突變，該突變導致PER2蛋白第662位絲氨酸無法被磷酸化，使患者晝夜節律周期縮短約4小時。多年來，尋找磷酸化PER2 S662的生理性激酶一直是生物鐘領域的重要科學問題。

2026年3月10日，北京腦科學與類腦研究所饒毅教授團隊在《Cell Chemical Biology》發表題為《Discovery of MARK2 as a physiological kinase for PER2 in the mammalian clock》的研究論文。通訊作者為饒毅教授，共同第一作者劉玉祥、李揚、余騰輝、王濤、崔云鳳、朱晨等來自北京大學化學與分子工程學院、生命科學學院及北京腦科學與類腦研究所等多個單位。

研究團隊通過生化純化策略，從HEK293T細胞裂解液中追蹤PER2 S662磷酸化活性。經過SP HP、Blue HP、Heparin HP、Q HP、羥基磷灰石和Superdex 200六步層析分離，在銀染膠中鑒定出MARK2和MARK3等6種蛋白激酶。體外激酶實驗證實，MARK2和MARK3可直接磷酸化PER2 S662，而MARK2 T208A或MARK3 T211A突變體則喪失激酶活性。進一步的ARK家族篩選顯示，SIK1-3、MARK1-4、TSSK1/2/4和NIM1K均能在體外磷酸化PER2 S662。

免疫共沉淀實驗揭示，MARK2通過識別PER2蛋白498-557區域與之特異性結合，而MARK3缺乏此結合能力。在HEK293細胞中，MARK2過表達可延緩PER2蛋白降解，半衰期明顯延長；但對于PER2 S662G突變體，MARK2過表達則無法產生穩定效應。這表明MARK2對PER2的穩定作用嚴格依賴S662磷酸化。

在Per2::dLuc U2OS細胞模型中，MARK2過表達使晝夜節律周期延長0.63小時，而MARK2基因敲除導致周期縮短1.13小時。引人注目的是，在PER2 S662G突變細胞中敲除MARK2，既不能進一步縮短周期，也無法降低PER2蛋白水平。這表明MARK2調控晝夜節律完全依賴于PER2 S662位點。

為驗證MARK2的生理功能，研究團隊構建了神經元特異性Mark2敲除小鼠。行為學分析顯示，Nestin-Cre;Mark2flox/flox小鼠的活動相位顯著提前（ZT12.05 vs ZT12.37），自由運行周期縮短約0.2小時（23.76小時 vs 23.96小時）。相比之下，Mark3和Mark4敲除小鼠均未表現出明顯的晝夜節律異常。這一表型與人類FASP患者及PER2 S662G突變小鼠的特征高度吻合。

本研究通過歷時24年的探索，最終以生化純化策略解決了PER2 S662激酶的身份之謎，不僅揭示了MARK2作為生物鐘關鍵調控因子的生理意義，也為理解蛋白質磷酸化在行為節律調控中的作用提供了新視角。

該研究工作由北京腦科學與類腦研究所饒毅課題組完成，劉玉祥、李揚、余騰輝、王濤為共同第一作者，崔云鳳、朱晨、賈曉波、李成鋼、沈雨欣、王準、劉尚臣亦有諸多實驗貢獻，北京腦科學與類腦研究所李佳越為本文配圖。研究得到了北京腦科學與類腦研究所遺傳操作中心黃娟博士和行為分析中心孫曉敬博士、羅沛宜博士、高子龍博士以及北京大學國家蛋白質科學中心劉棟博士、張琪博士的支持。

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