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解读2017生理医学奖:三个基因,三个人 精选

已有 21441 次阅读 2017-10-2 20:10 |系统分类:科研笔记| 2017, 诺贝尔奖, 生物钟, 生物节律, 生理医学

2017 诺贝尔生理或医学奖评选结果揭晓!诺贝尔委员会宣布,将此奖项颁发给美国遗传学家杰弗里·霍尔(Jeffrey C. Hall)、迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash)和迈克尔·杨( Michael W. Young)。


生物钟在一天之中的不同时段,对我们的生理功能进行着非常精准的调节,例如摄食行为、激素水平、睡眠情况、体温,以及新陈代谢等。现在,这一过程的分子机制基本搞清楚了,主要是三个基因和发现他们的三位科学家。


决定生物钟的三个基因


1,PER蛋白基因:period----自我反馈调节

1984 年,霍尔罗斯巴什(波士顿的布兰迪斯大学)和洛克菲洛大学的 迈克尔·杨成功地分离出了 period 基因。他们把这个基因编码的蛋白其名为“PER”。他们发现,在晚上 ,PER 蛋白会在果蝇体内积累,到了白天又会被分解。并且发现 PER蛋白 的浓度会循环震荡,周期为 24 小时,和昼夜节律相同。他们猜测PER 蛋白可以让 period 基因失去活性。也就是PER蛋白 和 period 基因之间形成了一个抑制反馈的环路,PER蛋白 可以抑制基因合成自己,这样就形成了一个连续循环的完整节律。当period基因有活性的时候,可以合成period mRNA,然后进入细胞质后开始合成PER蛋白。PER蛋白又会进入细胞核,逐渐积累,抑制period的活性。period基因经过了一个完整的24小时周期,就形成了一个抑制性的反馈机制,形成了昼夜节律(见下图)。


period基因反馈条件的简单示意图

2, TIM蛋白基因:timeless----辅助PER蛋白工作

1994 年,洛克菲洛大学的 迈克尔·杨 发现了第二个节律基因:timeless。之前虽然已经发现PER 蛋白的功能,有一个关键环节是从细胞质进入细胞核才能抑制 period 基因。但是它是如何进入细胞核的呢?实际上Timeless 可以编码 TIM蛋白,可以帮助PER进入细胞核。 迈克尔·杨做了一个漂亮的实验,发现 TIM 会结合到 PER 上,然后两个蛋白可以一起进入细胞核,并且在那里抑制 period 基因的活性(如下图)。


参与调节节律钟的分子的简单示意图

3,DBT 蛋白基因:doubletime----精确计时

上面两个基因解释了为什么会出现周期震荡,但是这种震荡的频率周期为什么是24 小时呢?这时候,洛克菲洛大学的 迈克尔·杨 又发现了一个基因: doubletime,这个基因可以编码 DBT 蛋白。DBT 蛋白可以延迟 PER 蛋白的积累,这解释了为什么震荡的周期为什么会稳定在 24 小时左右。

     


精准的生物钟


实际上控制生物节律的分子机制要复杂的多。在随后的几年里,他们三人还发现了其他一些蛋白可以维持period的活性,以及外界的光如何调节生物钟。所有的多细胞生物,包括人类,都是使用同一个相似的机制来调节生理节奏。生物钟能调节我们大部分的基因,并且最终这个生物钟能使我们的生理情况适应一天中不同时段。正是这些分子调控这人们一天的节律。



三位杰出的科学家

杰弗里·霍尔(Jeffrey C. Hall)

1945 年 3 月 3 日生于纽约布鲁克林,美国遗传学家。于 1971 年获得西雅图华盛顿大学遗传学博士学位,于 1974 年成为布兰迪斯大学教员。霍尔于 2001 年被选入美国文理科学院,2003 年被选入美国国家科学院并获美国遗传学会勋章。因为 period 基因方面的杰出贡献,他于 2009 年获格鲁伯神经科学奖,2011 年获路易莎·格罗斯·霍维茨奖,2012 年获盖尔德纳国际奖。并于2013 年获得邵逸夫生命科学及医学奖。

迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash)

1944 年 3 月 7 日生于密苏里州堪萨斯,美国遗传学家。罗斯巴什是布兰代斯大学教授和霍华德·休斯医学研究所的研究员。 2003 年当选为美国国家科学院院士。2013 年获得邵逸夫生命科学及医学奖。

迈克尔·杨(Michael W Young)

1949 年生于佛罗里达州迈阿密,美国遗传学家、美国国家科学院院士。1975 年获得克萨斯大学奥斯汀分校博士学位,1978 年起任洛克菲勒大学教员,后成为该校副校长。2013 年获得邵逸夫生命科学及医学奖。杨之后的研究还揭示了更多生物钟相关基因,以及它们产物的运作情况。

参考资料:

诺贝尔奖官方解读2017生理医学获奖研究:一个自我抑制的分子,如何隐藏了睡觉和清醒的秘密?

http://www.sohu.com/a/195997167_354973

释新闻|2017年诺贝尔生理学或医学奖:生物钟的分子研究

http://news.163.com/17/1002/18/CVOV63RC000187VE.html

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