揭开生物节律的奥秘

    1971年，美国加州理工学院的本泽和他的学生科罗普卡以果蝇为模型，发现果蝇体内有一个基因产生不同突变后，会致使果蝇本来按部就班的生活规律变得混乱不堪，后来，这个基因被命名为周期（Period）基因，简称Per基因。

    发现Per基因只是人们认识生物内源性节律的一个良好开端，因为只靠这个基因还是无法解释为何生物具有24小时节律以及在白昼和黑夜有不同的行为的机理。

    2017年10月2日，诺贝尔委员会宣布，由于在生物节律的分子机制方面的发现，本年度的诺贝尔生理学或医学奖颁发给美国遗传学家杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·扬。三位获奖者的工作正是在这方面有了深入的发现。

    1984年，在美国波士顿布兰迪斯大学的杰弗里·霍尔和迈克尔·罗斯巴什团队，以及来自洛克菲勒大学的迈克尔·扬团队，各自独立地从果蝇体内克隆（分离和提取）出了Per基因，并且把这个基因编码产生的蛋白称为Per蛋白。

    他们发现，在夜晚Per蛋白会在果蝇体内积累，到了白天又会被分解。Per蛋白会以24小时为周期增加和减少，与昼夜节律惊人地一致。

    霍尔和罗斯巴什提出了一个假说来解释。Per蛋白可以让Per基因失去活性，即Per蛋白与Per基因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，这就形成了Per基因一个连续而循环的24小时节律。当Per基因有活性的时候，可以合成Per信使RNA，后者进入细胞质后开始合成Per蛋白。随后，Per蛋白进入细胞核，逐渐积累，抑制Per基因的活性，使其生产Per蛋白减少。这样就形成了昼夜节律。

    1994年，迈克尔·扬发现了第二个节律基因，称为Tim基因。Tim基因可以编码Tim蛋白，后者可以与Per基因产生的Per蛋白相互结合，共同起作用，形成生物节律。迈克尔·扬在实验中发现，Tim蛋白会结合到Per蛋白上，然后两种蛋白一起进入细胞核，并且在那里抑制Per基因的活性。

    上述研究提示了细胞中Per蛋白水平周期性上升和下降的机理，但是还是没有解释清楚为何这种周期是24小时。

    后来，迈克尔·扬的又一项研究揭开了其中奥秘，他发现了又一个生物节律基因，称为DBT基因，这个基因编码DBT蛋白。DBT蛋白又可延迟Per蛋白的积累，因此，让Per蛋白增加和减少的周期固定在24小时左右。

    （《北京日报》10.11 张田勘）