2017诺贝尔奖昼夜节律.doc

2017诺贝尔奖昼夜节律 2017年诺贝尔生理学与医学奖授予杰弗理·霍尔（Jeffrey C. Hall）、迈克尔·罗斯巴殊（Michael Rosbash），与迈克尔·杨（Michael W. Young），以表彰他们发现了昼夜节律的分子机制。　　这项研究到底讲了什么呢？　　地球上的生命都适应了这颗星球的自转。很多年前我们就已经知道，包括人类在内的各种生物都拥有一个内在的生物钟来帮助它们预测和适应一天的规则节律。但是这个生物钟究竟是怎样运作的呢？　　杰弗理·霍尔（Jeffrey C. Hall）、迈克尔·罗斯巴殊（Michael Rosbash）和迈克尔·杨（Michael W. Young）深入钻研了我们的生物钟，并且阐释了它内在的原理。他们的发现阐释了植物、动物以及人类如何调节自己的生物节律，使其与地球的旋转保持同步。　　今年的三位诺奖得主使用果蝇作为生物模型，分离出了一个控制生物正常昼夜节律的基因。他们发现这种基因可以编码一种蛋白质，这种蛋白质夜间在细胞内聚集，白天降解。他们随后确定了这个生物钟的其他蛋白质成员，发现了这个细胞内自我维持的钟表受怎样的机制控制。我们现在也认识到，其他多细胞生物（包括人类）的生物钟也遵循相同的机制。　　我们的生物钟以非同寻常的精密程度，使我们的生理机制适应每天截然不同的各个时段。生物钟调控着一些关键机能，如行为、激素水平、睡眠、体温以及新陈代谢。我们的健康安乐会因为外部环境和内部生物钟不匹配而受到影响，比如旅行跨越了几个时区，就会体会到“时差感”。有一些迹象表明，如果生活方式和我们内部时钟要求的节律之间有慢性的不匹配，那么这样的不匹配就和多种疾病发病率的增加存在相关。　　我们的生物钟　　大多数生物有机体对于环境变化会作出预测和适应。在十八世纪，天文学家让-雅克·道托思·麦兰（Jean Jacquesd’Ortous de Mairan） 研究了含羞草属植物，发现植物的叶子在白天朝着太阳舒展，而黄昏则闭拢。他想知道如果把植物长时间置于黑暗之中会怎么样。结果发现，不管有无阳光，叶子都继续维持它们正常的昼夜节律（图1）。植物似乎是有它们自己的生物钟的。　　图1 一个内源性生物钟。含羞草植物的叶片在白天朝向太阳展开，但在黄昏时合拢（图片上半部分）。让-雅克·道托思·麦兰将这些植物放置在持续黑暗的环境中（图片下半部分），发现叶片仍然保持着它们平时的昼夜节律，即使没有光线变化也是如此。　　其他研究者发现，不只是植物，动物和人类也同样拥有生物钟，帮助我们在生理上为一天的波动做好准备。这种规律的适应被称为昼夜节律（circadian rhythm），源自拉丁文词汇“circa”（意为“大约”）以及“dies”（意为“一天”）。但我们内源性的昼夜生物时钟究竟如何工作，这还是个谜。　　在20世纪70年代，西莫尔·本泽尔（Seymour Benzer）和他的学生罗纳德·科诺普卡（Ronald Konopka）提出，是否有可能找到控制果蝇昼夜节律的基因。他们发现，有一个未知基因中的突变会扰乱苍蝇的昼夜节律。 他们将这个基因命名为period（周期）。 但是，这个基因是如何影响昼夜节律的呢？　　今年的三位诺贝尔奖得主也在研究果蝇，他们的研究目标是弄清生物钟究竟是如何运作的。1984年，波士顿布兰戴斯大学的杰弗理·霍尔和迈克尔·罗斯巴殊的团队，以及在纽约洛克菲勒大学的迈克尔·杨，成功地分离出了period基因。接着，杰弗理·霍尔和迈克尔·罗斯巴殊的研究发现，被period基因编码的PER蛋白在夜间累积，在白天降解。就这样，PER蛋白水平在24小时周期内与昼夜节律同步震荡。　　自调节的生物钟机制　　下一个关键目标便是弄清楚这种昼夜振荡是如何产生和维持的。杰弗理·霍尔和迈克尔·罗斯巴殊猜测，PER蛋白阻断了period基因的活动。他们推论说，使用一个抑制反馈回路，PER蛋白应该可以阻断其自身的合成，从而在一个连续的循环式节律过程中自己调节自己的浓度（图2A）。　　图2A，period基因反馈调节的简化图示。这张图显示了24小时昼夜振荡中按顺序发生的一系列事件。当节律基因period活跃时，对应的信使RNA被生产出来。信使RNA被转移到细胞质中，并作为模板生产PER蛋白。PER蛋白在细胞核中累积，period基因活性受到抑制。这导致了抑制反馈机制，它是昼夜节律的基础。　　这个机制十分迷人，但是谜题的某些部分仍不是很清楚。　　为了抑制period基因的活性，产生于细胞质中的PER蛋白质必须达到细胞核，也就是遗传信息存在的地方。杰弗理·霍尔和迈克尔·罗斯巴殊证明，PER蛋白在晚上会在细胞核里积累，但是它是怎么去到这里的？　　1994年，迈克尔·杨发现了第二个不受时间影响的控制生物钟的基因“timeless”负责编码T