解密机体生物钟奥秘:专家解读2017年诺贝尔生理学或医学奖

作者: 李晨阳 崔雪芹 冯丽妃 韩扬眉

来源: 中国科学报

发布日期: 2017-10-02 23:51:09

2017年诺贝尔生理学或医学奖授予三位美国科学家,以表彰他们在研究生物钟运行的分子机制方面的成就。他们的研究揭示了果蝇生物钟的核心组成和调控机制,并发现这种机制在其他生物中也普遍存在。

10月2日,在瑞典首都斯德哥尔摩,2017年诺贝尔生理学或医学奖获得者美国科学家杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·扬的照片出现在显示屏上。瑞典卡罗琳医学院2日宣布,将2017年诺贝尔生理学或医学奖授予三名美国科学家杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·扬,以表彰他们在研究生物钟运行的分子机制方面的成就。

10月2日下午,2017年诺贝尔生理学或医学奖正式公布,奖项由杰弗里•霍尔、迈克尔•罗斯巴殊和迈克尔•杨三位科学家分享。而让他们获此殊荣的,是关于“生物昼夜节律调控分子机制”的研究。可以说,正是这三位学者的工作,让我们对生物钟究竟是什么有了直接的认识。上世纪70年代,两位美国科学家——西摩尔•本泽和他的学生罗纳德•柯诺普卡发现,果蝇体内一种未知基因的突变确实会扰乱其昼夜节律。

这个基因被称作“周期基因”。十多年后,当时共同任教于美国布兰迪斯大学的罗斯巴殊和霍尔开始合作研究果蝇的昼夜节律。1984年,他们成功克隆出了周期基因,拿到了该基因附近的基因组DNA。同年,任职于美国洛克菲勒大学的杨,也拿到这段DNA。在互相竞争的过程中,两组科学家各自独立地确定了周期基因在最初三种突变株的DNA变化。

之后30年的研究主要集中在黑腹果蝇上,他们发现果蝇的生物钟是通过一小组基因的作用形成的。这些基因中有6个首先在迈克尔•杨的实验室中被发现,而其中任何一个生物钟基因的突变都可以延长或缩短行为、生理和分子昼夜节律的周期,或会完全消除这些节律。迈克尔•杨的实验室利用寡核苷酸微阵列研究受生物钟控制的基因表达程序,它代表了所有的1.4万个果蝇基因。

果蝇生物钟的核心组成是大约十个基因,其中绝大多数基因都是由他们三位的团队发现的。不仅如此,他们还构建了这些基因的工作环路。基因大多数都是转录调控因子,它们通过转录和翻译等生物学过程形成环路,并且通过一种负反馈模式进行自我调节。

尽管这种模式最初是在果蝇中被观察到的,但人们很快发现,在其他动物、植物中也普遍存在着相似的环路。早在17世纪人们就观察到自然界生物钟变化这一现象,但直到20世纪80年代才弄清了其中起关键作用的基因,这要归功于三位科学家的研究发现。

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