2017诺贝尔奖昼夜节律.pptx

2017 诺贝尔奖昼夜节律;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?? 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;稳定性及功能。例如，今年的诺奖得主们发现了激活周期 基因的需要的另几个蛋白，以及光让生物钟同步所需的蛋 白。　　给人类的生理机制计时　　生物钟涉及到我们复 杂生理机制的多种方面。我们现在知道了包括人类在内的 所有多细胞生物都使用了类似的机制来控制昼夜节律。我 们的大部分基因都受到生物钟的调节，因此，一个精心校 准过的昼夜节律会调整我们的生理机制来适应一个昼夜内 的不同阶段（图 3）。自从三位获奖者做出这些开拓性的发 现以来，昼夜节律生物学已经发展成为一个广泛而高度活 跃的研究领域，对我们的健康和幸福有着重要影响。　　 图 3 生物钟让我们的生理能够预测并适应一天的不同阶 段。我们的生物钟可以帮助调节睡眠、进食、激素释放、 血压和体温。　　今年的诺贝尔奖，也同样是鼓励开放与 合作的一个奖项——生理学奖的三位获奖人，原本是独立 地成功克隆了关键基因，之后又走到一起合作研究的。　　 据霍尔回忆，那时霍尔实验室里的一名女研究员希望向杨 借用 TIM 蛋白的抗体，结果杨第二天就将抗体送到了霍尔 的实验室。在收到抗体时，女研究员非常惊讶：“啊？这 才第二天