控制晝夜節(jié)律分子機制
2017年10月2日，下午17點30分，宣布2017年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主為美國科學(xué)家杰弗里C ·霍爾 (Jeffrey C. Hall)、邁克爾·羅斯巴什(Michael Rosbash)和邁克爾W·揚(Michael W. Young)，獲獎理由為“獎勵他們在有關(guān)生物鐘分子機制方面的發(fā)現(xiàn)“。
Jeffrey C. Hall，1945年出生于美國紐約。1971年從美國華盛頓大學(xué)獲得博士學(xué)位，1971年至1973年在加州理工學(xué)院做博后。1974年他加入美國布蘭迪斯大學(xué)。2002年，他加入美國緬因大學(xué)。
Michael Rosbash，1944年出生于美國堪薩斯城。1970年從MIT獲得博士學(xué)位，隨后三年在蘇格蘭愛丁堡大學(xué)做博后。1974年起，他一直任職于美國布蘭迪斯大學(xué)。
Michael W. Young，1949年出生于美國邁阿密。1975年從美國德州大學(xué)獲得博士學(xué)位。1975年至1977年，他在斯坦福大學(xué)做博后。1978年起，他一直任職于美國洛克菲勒大學(xué)。
機體的內(nèi)部時鐘
生物鐘是生物體內(nèi)周而復(fù)始的節(jié)律，如人們熟知的：動物的晝行夜伏、植物的春華秋實……常見的近24小時晝夜節(jié)律(circadian rhythm)是典型的生物鐘之一。
生物鐘的本質(zhì)難以入手，研究不容易。人們用電生理方法研究而不得入門，1971年從果蠅的一個基因出發(fā)開啟了生物鐘的基因研究，23年后才發(fā)現(xiàn)哺乳動物第一個生物鐘基因的突變，26年后明確哺乳類的生物鐘基因與果蠅的類似，30年后才發(fā)現(xiàn)同果蠅一樣的基因也控制人類生物鐘。
鑒別出時鐘基因
驅(qū)動生物鐘的內(nèi)在機理隨著一個一個基因的發(fā)現(xiàn)和研究，逐漸明朗，從果蠅到人存在同樣一批控制生物鐘的基因，它們編碼的蛋白質(zhì)合作共事，節(jié)律性地調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的基因轉(zhuǎn)錄，都采用了負反饋模式，并與光和溫度等外界因素協(xié)調(diào)，從而對應(yīng)于地球自轉(zhuǎn)的近24小時節(jié)律。
今年的獲獎?wù)呃霉壸鳛槟Ｊ缴?，分離出一種能夠控制日常生物節(jié)律的基因。他們通過研究證明：用這種基因編碼出的一種蛋白，會在夜間不斷累積，然后在白天又發(fā)生分解。此外，他們還發(fā)現(xiàn)這種生物過程中的其他相關(guān)蛋白成分，從而揭示細胞管理這種自我維持運行的機制?，F(xiàn)在我們已經(jīng)知道，包括人類在內(nèi)的其他多細胞生命體的生物鐘都是同樣的運行機制。
一種自我調(diào)節(jié)的時鐘發(fā)條機制
（簡單闡明period基因的反饋調(diào)節(jié)回路）
24小時波動中所發(fā)生的連續(xù)事件，當(dāng)period基因處于活性狀態(tài)時，period的mRNA就會被制造，隨后mRNA就會被運輸?shù)郊毎募毎|(zhì)中并且作為PER蛋白產(chǎn)生的末班。PER蛋白在細胞核中會進行積累，此時period基因的活性就會被阻斷，這就會產(chǎn)生一種晝夜節(jié)律背后的抑制反饋回路機制。
（簡單闡明晝夜節(jié)律鐘的分子組分）
這一調(diào)節(jié)反饋機制解釋了細胞蛋白水平的變化是如何產(chǎn)生的，但仍有疑問待解。是什么控制了這種變化的頻率？Michael Young鑒定出了另一種基因doubletime，它編碼DBT蛋白，能夠延遲PER蛋白的聚集。這就解釋了這種節(jié)律調(diào)控如何更契合24小時的循環(huán)。
技術(shù)展望
三位諾獎得主的發(fā)現(xiàn)是顛覆傳統(tǒng)的，建立了生物鐘的關(guān)鍵機制。隨后一些年，節(jié)律鐘機制的其他分子組分陸續(xù)被闡明，進一步闡釋了它的穩(wěn)定性和功能。比如，今年的得主還鑒定出一些額外蛋白，是激活周期基因所需，此外，光能同步節(jié)律鐘的機制也少不了它們?；谌恢Z獎得主的重大發(fā)現(xiàn)，生物鐘生物學(xué)研究未來也將會成為一個高度動態(tài)化的研究領(lǐng)域，同時對于機體健康也至關(guān)重要。
主辦：化學(xué)學(xué)院學(xué)業(yè)發(fā)展輔導(dǎo)中心
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主審：曹文靜
美編：付志陽 李百云
文編：付志陽
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