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北京時間2017年10月2日17時35分，年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎獲獎?wù)呓視浴Ｔ趯嶒炇依锎髦鷻C(jī)偷聽獲獎直播，我用顫抖的手在微信群里打出了四個字：生物節(jié)律！

五分鐘之內(nèi)，我的訂閱頁面就被這個話題淹沒了。群里的朋友知道我要寫這篇文章，立即發(fā)來賀電——，“聽說晝夜節(jié)律得了諾貝爾獎，你卻還在通宵達(dá)旦地工作！”

雖然筆者的博士研究課題不是生物節(jié)律，但作為科學(xué)界規(guī)模最大、影響力最大的“八卦”事件，諾貝爾獎還是非常值得熬夜的。話不多說，請看一下今年的生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎獲獎?wù)撸?

2017 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash 和Michael W. Young，以表彰他們在晝夜節(jié)律分子機(jī)制方面的發(fā)現(xiàn)。 （www.nobelprize.org）

為了避免混淆，這里不再翻譯人物的名字。好在三位老師的名字并不難記。以下是我們的獲獎?wù)撸?

杰弗里·霍爾

（圖片來自PNAS。102: 1654716549。PMC 1283854）

杰弗里·C·霍爾（Jeffrey C. Hall），美國遺傳學(xué)家和時間生物學(xué)家。布蘭代斯大學(xué)教授，主要研究果蠅的行為和神經(jīng)學(xué)。

霍爾1945年出生于美國紐約布魯克林。高中時，他原本想成為一名醫(yī)生。然而，在本科學(xué)習(xí)期間，他發(fā)現(xiàn)了對生物學(xué)的濃厚興趣，并立即放棄了醫(yī)生這一地位高、收入高的理想職業(yè)。

1971年，霍爾在華盛頓大學(xué)獲得遺傳學(xué)博士學(xué)位。畢業(yè)后，他在加州理工學(xué)院擔(dān)任博士后，師從Seymour Benzer（晝夜節(jié)律領(lǐng)域的另一位偉人，已故）。

三年后，他獲得布蘭迪斯大學(xué)的助教職位。從讀本科直到退休，霍爾研究了果蠅求偶和行為節(jié)律的神經(jīng)機(jī)制，揭示了生物鐘的關(guān)鍵機(jī)制和神經(jīng)系統(tǒng)性別分化的基礎(chǔ)。

2003年，霍爾獲得美國遺傳學(xué)會獎?wù)拢⒂谕戤?dāng)選為美國國家科學(xué)院院士。

霍爾教授的上一篇綜述文章發(fā)表于2008年，現(xiàn)已退休。相信這次諾貝爾獎的頒發(fā)，會讓老人的生活變得更加煩惱。

邁克爾·羅斯巴什

（照片/Mike Lovett，來自www.brandeis.edu）

邁克爾·羅斯巴什（Michael Rosbash），美國遺傳學(xué)家、時間生物學(xué)家，霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員，布蘭迪斯大學(xué)教授，霍爾的同事。

羅斯巴什1944年出生于密蘇里州堪薩斯城。本科時他對數(shù)學(xué)很感興趣，但因為加州理工學(xué)院的生物學(xué)課程而癡迷于生物學(xué)研究。

1965 年獲得加州理工學(xué)院化學(xué)學(xué)位后，羅斯巴什于1970 年獲得麻省理工學(xué)院生物物理學(xué)博士學(xué)位。

羅斯巴什還于1974 年在布蘭代斯大學(xué)獲得了教職，并于2003 年當(dāng)選為美國國家科學(xué)院院士。

Rosbash教授的主要貢獻(xiàn)在于克隆了果蠅周期基因（PER）并鑒定了多個其他節(jié)律相關(guān)基因，并提出了生物鐘“轉(zhuǎn)錄和翻譯負(fù)反饋調(diào)節(jié)”理論。

邁克爾·W·楊

（來自www.rockefeller.edu）

邁克爾·W·楊（Michael W. Young），美國遺傳學(xué)家、洛克菲勒大學(xué)教授。

楊1949年出生于美國佛羅里達(dá)州邁阿密，父母均不從事科學(xué)，但非常支持孩子對科學(xué)的興趣。

1975年，楊在德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校獲得博士學(xué)位。在攻讀博士學(xué)位期間，他對果蠅產(chǎn)生了興趣，而另外兩位科學(xué)家Ron Konopka 和Seymour Benzer 對晝夜節(jié)律突變體果蠅的研究，直接引導(dǎo)他從事克隆周期基因的研究。

在斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院進(jìn)行兩年博士后研究后，楊于1978年成為洛克菲勒大學(xué)助理教授，并于1988年獲得教授職位。

2007年，楊教授當(dāng)選為美國國家科學(xué)院院士。楊教授的主要貢獻(xiàn)是闡明了周期基因的功能及其在果蠅睡眠周期中的作用。此外，他還發(fā)現(xiàn)了“timeless”和“doubletime”兩個基因，其編碼的蛋白質(zhì)也在晝夜節(jié)律中發(fā)揮著重要作用。

以上是三位諾貝爾獎獲得者的經(jīng)歷。你是否感受過一位偉大科學(xué)家一路作弊的人生軌跡？

沒關(guān)系，雖然我們不能獲得諾貝爾獎，但我們至少可以學(xué)習(xí)獲獎的研究內(nèi)容。想要超越局外人的層面，搶先一睹行業(yè)風(fēng)采嗎？下面我們看一下——的分解。

什么是晝夜節(jié)律？如果只能用一個例子來說明什么是晝夜節(jié)律，那就是“時差反應(yīng)”。

在中國，我們（基本上）遵循日出而作、日落而息的規(guī)則。但當(dāng)我們乘坐13個小時的飛行，降落在地球的另一邊時，我們會發(fā)現(xiàn)，雖然這里的日出和日落與國內(nèi)相差12個小時左右，但我們的清醒和困倦?yún)s在一段時間內(nèi)發(fā)生了變化。降落。還是按照國內(nèi)的日程安排。午后陽光明媚的時候你的眼皮會充滿鉛，半夜連手指都看不見的時候你的眼睛會刺眼。

為什么早睡早起的承諾變成了整天熬夜？

事實上，這是因為你身體的生物鐘遵循自己的節(jié)奏，暫時背叛了陽光。調(diào)節(jié)你體內(nèi)生物鐘的機(jī)制就是這個諾貝爾獎的研究成果，晝夜節(jié)律。

獲獎?wù)甙l(fā)現(xiàn)了什么？簡而言之，三位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞如何精確調(diào)節(jié)大約24 小時的晝夜節(jié)律。

研究始于20 世紀(jì)70 年代。我們上面提到但沒有詳細(xì)介紹的兩位科學(xué)家，西摩·本澤（Seymour Benzer）和他的學(xué)生羅納德·科諾普卡（Ronald Konopka）發(fā)現(xiàn)，未知基因的突變體可能導(dǎo)致果蠅失去晝夜節(jié)律。他們將這個基因命名為Period Gene（周期基因）。

在今年的三位獲獎?wù)呤种校芷谛曰虻男蛄幸呀?jīng)從未知變?yōu)橐阎?

但它是如何調(diào)節(jié)節(jié)奏的呢？

Jeffrey C. Hall 和Michael Rosbash 教授發(fā)現(xiàn)，周期性基因產(chǎn)生的一種名為PER 的蛋白質(zhì)在夜間在細(xì)胞核中積聚，并在白天降解。

這樣一個積累-降解周期大約是24小時，正好是一天。細(xì)胞核中PER 蛋白的積累會阻止細(xì)胞繼續(xù)自我制造，直到夜晚結(jié)束，此時積累的PER 蛋白會被降解并重新開始生產(chǎn)。這種蛋白質(zhì)負(fù)向調(diào)節(jié)其自身產(chǎn)生的機(jī)制稱為“轉(zhuǎn)錄和翻譯負(fù)反饋調(diào)節(jié)”。

（圖片來自www.nobelprize.org，可能會有更改）

在高中生物課上，我們了解到蛋白質(zhì)是在細(xì)胞質(zhì)中產(chǎn)生的。該指南也適用于PER 蛋白。

然而，PER蛋白如何在細(xì)胞核中積累呢？

這時，輪到邁克爾·W·楊教授了。他發(fā)現(xiàn)了另一種基因，名為“永恒”（timeless）。它產(chǎn)生的蛋白質(zhì)TIM幫助PER蛋白從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核。準(zhǔn)確的說，TIM和PER相輔相成，同核心，缺一不可。

（圖片來自www.nobelprize.org，可能會有更改）

此外，TIM蛋白還有一個非常重要的能力，那就是根據(jù)光重置生物鐘的功能。

Young教授等研究人員共同發(fā)現(xiàn)，TIM蛋白在光照下迅速分解，從而調(diào)節(jié)PER蛋白進(jìn)入細(xì)胞核并積累，重置生物鐘。也就是說，如果你飛到地球的另一邊，過一段時間你就會自然適應(yīng)當(dāng)?shù)氐娜粘龊腿章洌@要?dú)w功于你體內(nèi)具有TIM功能的蛋白質(zhì)。

好的，晝夜循環(huán)問題解決了，但是細(xì)胞如何控制它們的頻率呢？

我們上面提到的楊教授發(fā)現(xiàn)的另一個基因“doubletime”就是這個問題的關(guān)鍵。

簡單地說，這個基因可以產(chǎn)生一種叫做DBT的蛋白質(zhì)，它作為激酶，可以將磷酸基團(tuán)附著在未與TIM結(jié)合的PER蛋白質(zhì)上，從而促進(jìn)單獨(dú)的PER蛋白質(zhì)的降解。 PER蛋白的降解速度精確調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的頻率。

這個諾貝爾獎級別的發(fā)現(xiàn)有什么用呢？盡管這項研究是在果蠅中進(jìn)行的，但生物節(jié)律是從植物到人類普遍存在的現(xiàn)象。生物體從單細(xì)胞到復(fù)雜哺乳動物的進(jìn)化過程中，有些基因或多或少地保留了自己的外觀，使得有共同祖先的生物體共享一些基因序列，至少是具有相似功能的蛋白質(zhì)，即同源基因或蛋白質(zhì)。

雖然人類和果蠅有很大不同，但它們還是有很多同源基因，比如這次的周期基因和雙倍基因。

人類有一種遺傳性疾病，稱為“高級睡眠階段障礙（ASPD）”?；颊叩乃邥r間會比常人提前。他們在下午6 點(diǎn)到8 點(diǎn)左右入睡。凌晨3點(diǎn)入睡，點(diǎn)擊喚醒。 2001年的一項研究發(fā)現(xiàn)，ASPD的發(fā)病機(jī)制是患者的hPer2（period基因的同源物）發(fā)生突變，導(dǎo)致人體內(nèi)的PER蛋白無法被DBT蛋白正常修飾和降解。一旦了解了致病機(jī)制，疾病治療方法的開發(fā)就指日可待。

晝夜節(jié)律不僅控制著睡眠，還控制著人類的飲食方式、激素分泌、血壓、體溫等。這些過程，由我們的身體默默而精確地調(diào)節(jié)，還有待人類進(jìn)一步了解。基于理解，這些發(fā)現(xiàn)最終將造福人類生活。

（圖片來自www.nobelprize.org，可能會有更改）

最后，讓我們深深記住今年諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎的主題：

（請以宣讀結(jié)婚誓詞的莊嚴(yán)心情重讀這句話，你會發(fā)現(xiàn)這兩句話帶來的不僅僅是一個新聞標(biāo)題，而是這三位科學(xué)家和他們背后的眾多科學(xué)工作者幾十年的遺產(chǎn)。投資：）

2017 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash 和Michael W. Young，以表彰他們在晝夜節(jié)律分子機(jī)制方面的發(fā)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：1. https://en.wikipedia.org/wiki/Jeffrey_C._Hall

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Michael_Rosbash

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Michael_W._Young

4. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2017/press.html

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