2018年度诺贝尔生理学或医学奖学习资料.ppt

* . * . * . * . * . * . * . * . * . * . * . * . * . * . 颁奖时间 2017年10月2日，下午17点30分，2017年诺贝尔生理学或医学奖得主为美国科学家杰弗里C ·霍尔 （Jeffrey C. Hall）、迈克尔·罗斯巴什（Michael Rosbash）和迈克尔W·扬（Michael W. Young），获奖理由为“奖励他们在有关生物钟分子机制方面的发现“。 诺贝尔生理学或医学奖 * * 获奖理由为“发现控制昼夜节律的分子机制”。 所有生物都有自己的作息规律：人类晚上出现倦意、猫头鹰昼伏夜出、花朵白天开放晚间收拢……我们通常称这些昼夜节律叫“生物钟”。虽然这个名词大家耳熟能详，但关于其本质及运作模式却让人捉摸不透。而杰弗理霍尔(Jeffrey C Hall)、迈克尔罗斯巴殊(Michael Rosbash)及迈克尔杨(Michael W Young)沿着已故西摩本泽(Seymour Benzer)的研究，用三十年时间探索生物钟奥秘，揭开其神秘面纱，找到了操控昼夜节律的分子机制。三位诺奖得主是使用果蝇作为生物模型，分离出了一个控制生物正常昼夜节律的基因。他们发现这种基因可以编码一种蛋白质，这种蛋白质夜间在细胞内聚集，白天降解。他们随后确定了这个生物钟的其他蛋白质成员，发现了这个细胞内自我维持的钟表受怎样的机制控制。自从三位获奖者做出这些开拓性的发现以来，昼夜节律生物学已经发展成为一个广泛而高度活跃的研究领域，对我们的健康和幸福有着重要影响。 * 故事开始 在1970年的时候，科学家Seymour Benzer 和他的学生 Ronald Konopka在实验中发现了一只睡不好的果蝇：很有个性的白天睡觉，晚上嗡嗡叫。于是Seymour Benzer 对这个失眠的果蝇产生了兴趣，经过进一步的研究发现：这只与众不同的果蝇是因为体内的一个未知基因的突变从而失去了昼夜节律。 而这个未知的基因，后来被人们叫做：周期基因（period gene）。 这就是一切的开始。 所以，请不要放过实验室里的每个细节，下一个诺贝尔奖，或许就在你不经意间的一个实验当中出现！（和摩尔根神相似） * 在保证精密准确性的前提下，我们机体内部的时钟能够调整生理学状态适应一天中剧烈变化的不同阶段，生物钟能够调节一些关键的机体功能，比如行为、激素水平、睡眠、体温和代谢机制等，当外部环境和内部生物时钟之间发生短暂的不匹配时机体的健康就会受到一定影响，比如，当我们穿越几个时区经历所谓的时差综合征时，当然也有迹象表明，机体内部“计时员”介导生活方式和节律之间的慢性失调或许与多种疾病发生的风险直接相关。 * 机体的内部时钟很多有机体都会通过调节自身不断适应环境中所发生的的改变，在18世纪，天文学者Jean-Jacques d’Ortous de Mairan就会含羞草进行了研究，他发现，白天时含羞草会打开叶片，而黄昏时就会关闭叶片，于是他就想知道如果将含羞草置于持续的黑暗环境中会发生什么？结果发现，含羞草的叶片并不依赖于日光，其会持续遵循正常的日间振荡（daily oscillation）（图片1），植物似乎也有着自身的生物钟。其他研究人员通过研究也发现，不仅是植物，动物和人类同样也有这自身关键的生物钟，生物钟能够帮助他们为一天各种环境的波动做好准备，这种调节适应机制也就指的是昼夜节律钟（circadian rhythm），其源于拉丁文中的“circa”意指“围绕”和“dies”意指“白天”，但是内部昼夜节律生物钟到底是如何发挥作用的呢？如今依然是一个谜题！ * 白天时含羞草的叶片会张开，但在黄昏时就会自动关闭（上图）；天文学者Jean-Jacques d’Ortous de Mairan将含羞草置于持续黑暗的环境中（下图），结果发现，含羞草的叶片会持续遵循自身正常的昼夜节律，甚至并不会在白天发生波动。 * 究竟是什么在其中发挥作用呢？ 根据本次诺奖获得者的研究来看，控制昼夜节律的基因有三个，分别为：周期基因（period gene）、无时间基因（timeless gene）以及双倍时间基因（doubletime gene）。 那么这些基因是如何控制细胞进行24小时的精确昼夜节律调控呢？ * 首先登场的是周期基因（period gene）。周期基因（period gene）会编码名为PER的蛋白质，这种PER蛋白质会在夜晚通过无时间基因（timeless gene）编码产生的TIM蛋白质帮助从细胞质转移到细胞核，并在细胞核中堆积，而PER蛋白质会在白天降解，这一个堆积降解的过程约为24小