據(jù)國外媒體報道，瑞典卡洛琳醫(yī)學院決定，將2017年的諾貝爾生理學與醫(yī)學獎授予：Jeffrey C。 Hall， Michael Rosbash以及Michael W。 Young三位美國科學家，以表彰他們在“控制晝夜節(jié)律的分子機制方面的發(fā)現(xiàn)”。

基本概述

地球上生物的生活節(jié)奏是與地球的自轉相適應的。很多年之前我們就已經(jīng)知道，生命包括人類的體內(nèi)都存在一種生物鐘，能夠幫助我們感知并適應晝夜的節(jié)奏變化。但這一機制究竟是如何發(fā)揮作用的?杰弗里·霍爾（Jeffrey C。 Hall），邁克爾·羅斯巴什（Michael Rosbash）以及邁克爾·楊（Michael W。 Young）揭示了我們生物鐘的秘密并闡明其內(nèi)在工作機制。他們的發(fā)現(xiàn)揭示了為何植物、動物和人類能夠適應這種節(jié)律，從而與地球的運動規(guī)律相適應。

利用果蠅作為模型，今年的諾貝爾獎得主成功地分離出一種控制生物正常晝夜節(jié)律的基因。他們的研究顯示這一基因會讓一種蛋白質(zhì)在夜晚期間在細胞內(nèi)積累，并在白天分解。隨后，他們成功識別出組成這一機制的另一種蛋白質(zhì)，從而揭示出細胞內(nèi)部控制生物鐘的內(nèi)在機制。我們現(xiàn)在知道，各種多細胞生物體內(nèi)的生物鐘基本都遵循相同的原理，包括人類。

我們的內(nèi)部生物鐘能夠以非常高的精度調(diào)節(jié)我們的生理活動，使其與一天中不斷變化的外部環(huán)境相適應。這一生物鐘機制調(diào)節(jié)我們的各種功能，包括行為，荷爾蒙分泌水平，睡眠，體溫以及新陳代謝等等。一旦外部環(huán)境與我們體內(nèi)的生物鐘之間的同步出現(xiàn)紊亂，我們的身體健康就有可能發(fā)生問題。比如當我們跨越時區(qū)做長途旅行，我們會經(jīng)歷“倒時差”。同時，有證據(jù)表明現(xiàn)代生活方式導致我們與內(nèi)在生物鐘之間的節(jié)奏失調(diào)可能與不斷增加的各類疾病有關。

我們的內(nèi)部時鐘

大部分活著的生命體都能夠感知并適應環(huán)境中的晝夜變化。在18世紀，天文學家讓·德梅朗（Jean Jacques d‘Ortous de Mairan）對含羞草進行了研究，發(fā)現(xiàn)它們的葉片會在白天朝向太陽打開，而到傍晚則會閉合起來。他很好奇，如果將含羞草置于一個完全黑暗的環(huán)境下將會怎樣?實驗結果顯示，即便被放進了完全隔絕的環(huán)境下，含羞草依舊保持其正常的晝夜活動節(jié)奏，植物似乎擁有自己的內(nèi)部時鐘。

內(nèi)部生物鐘。上半部分：含羞草的葉片會在白天朝向太陽展開，而在傍晚則閉合。天文學家讓·德梅朗將含羞草置于一個完全黑暗的環(huán)境下，結果發(fā)現(xiàn)，即便被放進了完全隔絕的環(huán)境下，含羞草依舊保持其正常的晝夜活動節(jié)奏

其他研究人員發(fā)現(xiàn)，不僅僅是植物，動物與人類同樣擁有內(nèi)部時鐘幫助他們調(diào)節(jié)生理活動以適應晝夜變化。這種調(diào)節(jié)機制被稱為“晝夜節(jié)律”，其源自拉丁文中的“circa”一詞，意為“周期”以及“dies”，意為“一天”。但我們的內(nèi)部時鐘究竟如何起作用?這一點仍然是個謎團。

內(nèi)部時鐘基因的識別

到了上世紀1970年代，塞莫爾·本澤爾（Seymour Benzer）和他的學生羅納德·科諾普卡（Ronald Konopka）想要知道是否可能找出控制了果蠅晝夜節(jié)律的基因。他們發(fā)現(xiàn)，一種未知基因的突變會打破果蠅的正常晝夜節(jié)律。他們將這一基因稱作“節(jié)律基因”。但這一基因如何能夠影響晝夜節(jié)律呢?

今年的諾貝爾獎獲得者們同樣從事果蠅研究，他們正是致力于弄清這種機制是如何發(fā)生作用的。在1984年，杰弗里·霍爾以及邁克爾·羅斯巴什在美國波士頓的布蘭迪斯大學緊密協(xié)作，成功分離出節(jié)律基因。他們兩人隨后發(fā)現(xiàn)一種受到晝夜節(jié)律控制的特殊蛋白質(zhì)“PER”，其會在夜晚積累并在白天降解。因此，也就是說，PER蛋白質(zhì)的水平存在24小時的周期性起伏，與晝夜節(jié)律相一致。

一種自我調(diào)節(jié)的時鐘機制

接下來的一項關鍵目標是要理解這種晝夜周期的蛋白質(zhì)濃度起伏是如何被產(chǎn)生并維持的?杰弗里·霍爾和邁克爾·羅斯巴什做了一個假設，假設PER蛋白質(zhì)的作用是抑制節(jié)律基因的活動。他們設想，通過一條抑制反饋回路，PER蛋白質(zhì)就能夠阻止其自身的合成，從而在一個連續(xù)的晝夜周期中形成節(jié)律。

經(jīng)過簡化的圖示，顯示的是節(jié)律基因的反饋調(diào)節(jié)機制。本圖展示的是24小時周期內(nèi)發(fā)生的一系列不同事件