生物钟周期的决定因素

  最近，美国达特茅斯大学盖泽尔医学院的一项发现，可能为睡眠障碍、时差和其他昼夜节律相关的健康问题，带来新的治疗方法。在这项研究中，研究人员确定了生物钟周期的决定因素。相关研究结果发表在1月29日的《Science》杂志。
 

  不论是真菌还是人类，生物钟影响着生物体生活几乎所有的方面。从分子水平上来说，在这些昼夜节律的核心存在着生物振荡器，构成这些周期的关键蛋白质其寿命大约为24小时。由于时钟周期与蛋白质寿命相匹配，因此多年来科学家们认为，这种蛋白质的稳定性，决定着这些生物钟的周期长度。但是，这并不是那么简单。延伸阅读：科学家发现生物钟的最后一块拼图。
 

  为什么这一周转发生在24小时内，一直都归因于生物钟蛋白本身，其经历了协调性和渐进性的修饰，具体来说是磷酸化改变了蛋白质的结构和活性，从而导致了蛋白质降解和周转。从本质上讲，生物钟蛋白是缓慢磷酸化的，直到它们慢慢变得不稳定并消失，从而允许合成和破坏循环重新开始。
 

  在一种众所周知的模型中，达特茅斯大学的研究人员检测了导致周期决定的因素和长期的因果循环（把生物钟蛋白磷酸化与稳定性相结合），从而确定了生物钟周期的决定因素。
 

  本文首席研究员、达特茅斯大学遗传系主任、遗传学和生物化学教授Jay Dunlap博士说：“我们曾经以为，当重要的生物钟蛋白降解的时候，昼夜节律周期就会结束。这个周期的长度，在很大程度上取决于这些蛋白质是如何稳定。”Jay Dunlap博士在国际上被公认为生物钟生物学领域的先驱，他在1986年克隆了第一个微生物生物钟基因，在随后的20年里，他汇集了驱动昼夜节律的生物钟基因、蛋白和反馈回路的复杂网络，在2009年当选为美国国家科学院院士。
 

  但是这项研究发现，磷酸化本身就足以改变振荡器负反馈回路中蛋白质的有效性，因此生物钟蛋白在反馈回路中就不再那么有效。虽然蛋白质降解是最终的结果，但是，蛋白质结构，而不是稳定性变化，实际上可能是确定时钟速度的关键因素。
 

  Dunlap说：“令人惊讶的是，我们发现，稳定性不是周期决定的关键因素。一旦磷酸化通过某一个不论与其有无关系的点，生物钟蛋白都会降解，因为在这个点上，它对于生物钟机械来说是看不见的。”
 

  Dunlap说：“较之我们之前认为的，生物钟影响着们日常生活的更多方面，这项工作表明了如何操纵生物钟来改善健康问题。”