醫學諾貝爾獎授予晝夜節律研究者

三位美國科學家分享2017年獎項

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諾貝爾委員會週一在斯德哥爾摩宣佈,2017年諾貝爾生理學或醫學獎將授予三位美國晝夜節律研究者。在布蘭迪斯大學進行獲獎研究的傑弗裡·霍爾和邁克爾·羅斯巴什與洛克菲勒大學的邁克爾·楊分享了這一榮譽,他們的開創性發現解釋了包括植物、動物和人類在內的生物如何調整其生物節律以與地球的自轉保持一致。

在美國東部時間上午 5:30 左右宣佈時,諾貝爾委員會尚未聯絡到楊,但已通知了其他獲獎者。

晝夜節律解釋了為什麼當我們的外部環境與我們內部的生物鐘之間存在暫時的不匹配時(例如,當我們跨越多個時區旅行時),人類會經歷“時差”。它還可以幫助解釋為什麼人類在黑暗中睡得更好。像大多數其他生物一樣,我們有一個適應白天和黑夜的內部時鐘——一個稱為晝夜節律的週期,這個詞來源於拉丁語 circa,意思是“大約”,dies 意思是“天”。


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從 20 世紀 80 年代開始,獲獎研究人員專門確定了控制果蠅內部 24 小時週期的潛在機制。他們發現了哪些基因有助於影響這些昆蟲的振盪,並解釋了調節相關基因和無數身體節律的反饋迴路。

生物物種內部“時鐘”的存在最早在 18 世紀被描述,當時天文學家讓·雅克·多託斯·德梅朗發現,即使含羞草植物暴露在持續的黑暗中,它們的葉子仍然遵循有規律的 24 小時節律。其他研究人員發現,這種每日振盪發生在其他動物和人類身上。今年的諾貝爾獎獲得者確定了身體中構成這些生理過程基礎的內部機制。

在 20 世紀 80 年代,在布蘭迪斯大學合作的霍爾和羅斯巴什,以及在洛克菲勒大學的楊,在果蠅中分離出了 period 基因。他們發現,當該基因被破壞時,它會擾亂昆蟲的晝夜節律鍾。霍爾和羅斯巴什還發現,一種名為 PER 的特定蛋白質(由 period 基因編碼)會在夜間積累,並在白天降解。這項工作的重要性在於,他們發現 PER 蛋白水平在一個 24 小時週期內波動——與晝夜節律一致。他們進一步推測,PER 蛋白的抑制性反饋迴路阻斷了 period 基因的活性,因此該蛋白可以阻止自身的合成,從而以恆定的節律調節自身的水平。

在 1994 年也透過解釋夜間在細胞中積累的蛋白質最初是如何到達那裡的,進一步加深了對晝夜節律的理解。他發現了第二個時鐘基因,稱為 timeless,它編碼另一種蛋白質 TIM,這是正常晝夜節律所必需的。他發現,當 TIM 與 PER 結合時,這兩種蛋白質能夠一起進入細胞核並阻斷 period 基因的活性,從而閉合抑制性反饋迴路。諾貝爾獎獲得者的發現有助於推動這個廣闊領域的發展,並加深對生物體如何預測和應對晝夜週期的理解。研究人員現在知道,我們的生物鐘有助於調節睡眠模式、進食行為、激素釋放、血壓和體溫等重要生理過程。

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