將控制人類睡眠習慣的基因插入小鼠體內,可以將這些齧齒動物變成“早起的鳥兒”。這一結果為了解驅動生物鐘的分子機制提供了 insights。
大多數生物都有一個內部時鐘,使其活動與 24 小時晝夜同步,即所謂的晝夜節律。PER2 是控制人類這種節律的基因之一。但在 0.3% 的人群中,該基因會出錯,導致家族性睡眠相位前移綜合徵 (FASPS),這會使人們早睡早起。儘管會產生如此顯著的效果,但突變 PER2 基因編碼的蛋白質變化卻非常細微:單個蛋白質構建塊或氨基酸從絲氨酸變為甘氨酸。
為了更好地瞭解 PER2 的工作原理,加州大學舊金山分校的 Louis J. Ptᡠcek 和 Ying-Hui Fu 對小鼠進行了基因工程改造,使其攜帶人類基因。果然,當動物接受 FASPS PER2 突變時,它們的自然節律從平均 23.7 小時縮短到不足 22 小時。當研究人員在蛋白質中進行了另一個簡單的氨基酸替換,將相同的絲氨酸變成天冬氨酸時,週期延長至 24.8 小時。小鼠時鐘的重置似乎與基因的活性有關。第一次突變降低了基因表達,第二次突變提高了基因表達。
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Fu 認為,研究結果對睡眠障礙以外的領域也具有深遠的影響。她指出,夜班護士更容易患乳腺癌,而化療在某些時候更有效。中風、動脈瘤、哮喘和抑鬱症往往發生在一天中的特定時間。“睡眠是所有身體功能的中心,因此瞭解晝夜節律將有助於我們理解相關問題,”Fu 說。