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诺贝尔奖获得者

预见贰017 2018-12-05 16:37:58

2017年诺贝尔生理学和医学奖获得者

   有什么成就?

2017年诺贝尔生理学或医学奖揭晓,三位美国科学家因发现生物控制昼夜节律的分子机制而获奖。

这是一项什么样的成就得配诺贝尔奖这种崇高的荣誉呢?

主要成就

地球上的生命都适应于我们星球的旋转。 

多年来,我们知道,包括人类在内的生物体内都有一个生物钟帮助我们预测和适应正常的节奏。但这个时钟到底是怎么工作的呢? 今年诺贝尔生理学或医学奖的三位获得者,纽约洛克菲勒大学的迈克尔·杨(Michael Young)、缅因大学的杰弗里·霍尔(Michaelrey Rosbash)和波士顿布兰迪斯大学的迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash)卓越的工作为我们揭开了其中的奥秘。

 他们的发现很好的解释了植物、动物和人类如何适应生物节奏,使之与地球的演进同步。

去年的获得者首先在果蝇分离并鉴定出一个控制正常昼夜生物节律的周期基因。他们的研究表明,该基因编码一种在夜间在细胞中积聚白天降解的蛋白质。随后,他们发现了这种分子机器的其他蛋白质组分,揭示了控制细胞内自控式的钟表发条机制。

现在我们认识到,包括人类在内的其他多细胞生物生物钟都是通过细胞内这种相同的原理起作用。

研究历程和贡献

人们早就观察到大多数生物体预测和适应环境昼夜变化。早在18世纪,天文学家让·雅克·德奥图斯·德马兰就对含羞草白天叶子朝向太阳开放,晚上闭合的现象进行了研究。他将这种植物置于持续的黑暗中,结果发现含羞草并没有受日照的影响。叶子依然故我按照固有的节律开放闭合。

这说明,植物本身似乎存在调节自身行为的生物钟。

其他研究人员还发现,不仅植物,在动物和人类,体内都有这种类似的生物钟,调控我们每天的生理波动。 这种就是所谓的昼夜节律。


然而,生物钟是如何工作的呢?


20世纪70年代,有研究人员发现,发生某种未知的基因突变的果蝇的这种昼夜节律被打乱。这说明果蝇体内存在着控制昼夜节律的基因,并将这种基因命名为周期基因(period)


然而这种周期基因如何影响昼夜节律?


今年的诺贝尔奖得主的系列工作给出了答案。

1984年,在波士顿布兰迪斯大学的杰弗里·霍尔和迈克尔·罗斯巴什,纽约洛克菲勒大学迈克尔·杨成功地分离和鉴定了周期基因。随后,杰弗里·霍尔和迈克尔·罗斯巴什还成功发现这种基因编码的被命名为PER的蛋白质,这种蛋白质在夜间积累,白天降解,细胞内这种蛋白质的水平在每天24小时的周期内与昼夜节律同步波动。


然而,这种蛋白水平为什么会产生随昼夜节律的波动呢?


杰弗里·霍尔和迈克尔·罗斯巴什假设PER蛋白阻断了周期基因的活性,通过抑制反馈阻止自身的合成,从而以连续的循环节律调节其自身的水平波动。

这种模型虽然是诱人的,蓝图中中却短缺几个拼图。那就是,要实现这种自我反馈抑制,这种蛋白质首先必须从合成工厂所在的细胞质返回到细胞核。虽然,两位研究者也已经成功证明在夜间这种蛋白的确发现在了细胞核中。

但是,它们是如何到达细胞核的呢? 1994年,迈克尔·杨发现了另一种没有时间波动性的时钟基因,它编码正常昼夜节律所需的TIM蛋白。并证明,当TIM与PER结合时,两种蛋白质就能够携手进入细胞核,在那里它们阻断周期基因活动以构建起了抑制反馈完整的环。

这种自我调节的反馈机制解释了细胞蛋白水平的节律性波动,但是问题依然没有彻底解决。 那就是,是什么控制波动的频率呢? 迈克尔·杨随后确定了另一个基因,编码DBT蛋白,这种蛋白质在细胞内延缓了PER蛋白的积累,很好的解释这种蛋白水平波动是调整以更紧密地匹配24小时昼夜节律变化。

在接下来的几年中,获奖者其他的工作阐明了生物钟这种发条机制的其他分子组分,完成了 生物钟构建和工作稳定性的原理。

就是说,有关生物钟原理机制的很大部分主要工作都是有今年的三位获奖者完成的,荣膺此荣耀当之无愧。

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文字来源:陈明侠

图片来源:陈明侠

整理排版:李茂杰