最近，美國達(dá)特茅斯大學(xué)蓋澤爾醫(yī)學(xué)院的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，可能為睡眠障礙、時差和其他晝夜節(jié)律相關(guān)的健康問題，帶來新的治療方法。在這項(xiàng)研究中，研究人員確定了生物鐘周期的決定因素。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在1月29日的《Science》雜志。

不論是真菌還是人類，生物鐘影響著生物體生活幾乎所有的方面。從分子水平上來說，在這些晝夜節(jié)律的核心存在著生物振蕩器，構(gòu)成這些周期的關(guān)鍵蛋白質(zhì)其壽命大約為24小時。由于時鐘周期與蛋白質(zhì)壽命相匹配，因此多年來科學(xué)家們認(rèn)為，這種蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，決定著這些生物鐘的周期長度。但是，這并不是那么簡單。延伸閱讀：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生物鐘的最后一塊拼圖。

為什么這一周轉(zhuǎn)發(fā)生在24小時內(nèi)，一直都?xì)w因于生物鐘蛋白本身，其經(jīng)歷了協(xié)調(diào)性和漸進(jìn)性的修飾，具體來說是磷酸化改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和活性，從而導(dǎo)致了蛋白質(zhì)降解和周轉(zhuǎn)。從本質(zhì)上講，生物鐘蛋白是緩慢磷酸化的，直到它們慢慢變得不穩(wěn)定并消失，從而允許合成和破壞循環(huán)重新開始。

在一種眾所周知的模型中，達(dá)特茅斯大學(xué)的研究人員檢測了導(dǎo)致周期決定的因素和長期的因果循環(huán)（把生物鐘蛋白磷酸化與穩(wěn)定性相結(jié)合），從而確定了生物鐘周期的決定因素。

本文首席研究員、達(dá)特茅斯大學(xué)遺傳系主任、遺傳學(xué)和生物化學(xué)教授Jay Dunlap博士說：“我們曾經(jīng)以為，當(dāng)重要的生物鐘蛋白降解的時候，晝夜節(jié)律周期就會結(jié)束。這個周期的長度，在很大程度上取決于這些蛋白質(zhì)是如何穩(wěn)定。”Jay Dunlap博士在國際上被公認(rèn)為生物鐘生物學(xué)領(lǐng)域的先驅(qū)，他在1986年克隆了第一個微生物生物鐘基因，在隨后的20年里，他匯集了驅(qū)動晝夜節(jié)律的生物鐘基因、蛋白和反饋回路的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，在2009年當(dāng)選為美國國家科學(xué)院院士。

但是這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，磷酸化本身就足以改變振蕩器負(fù)反饋回路中蛋白質(zhì)的有效性，因此生物鐘蛋白在反饋回路中就不再那么有效。雖然蛋白質(zhì)降解是最終的結(jié)果，但是，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，而不是穩(wěn)定性變化，實(shí)際上可能是確定時鐘速度的關(guān)鍵因素。

Dunlap說：“令人驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定性不是周期決定的關(guān)鍵因素。一旦磷酸化通過某一個不論與其有無關(guān)系的點(diǎn)，生物鐘蛋白都會降解，因?yàn)樵谶@個點(diǎn)上，它對于生物鐘機(jī)械來說是看不見的。”

Dunlap說：“較之我們之前認(rèn)為的，生物鐘影響著們?nèi)粘Ｉ畹母喾矫?，這項(xiàng)工作表明了如何操縱生物鐘來改善健康問題。”