諾貝爾醫學獎揭曉,授予三名研究生理時鐘分子機制的科學家

2017年諾貝爾生理學或醫學獎得主(圖:NobelPrize.org)

2017 年,第 108 屆諾貝爾生理學或醫學獎授予了三名美國科學家:Jefferey C Hall、Michael Rosbash 和 Michael W Young。他們發現了生物控制 24 小時節律的分子機制 ,將共同分享 900 萬瑞典克朗(約 3250 萬台幣、830 萬港元)的獎金。

 

看不見的生理時鐘

諾貝爾獎評選委員會稱,Hall、Rosbash 和 Young 的發現解釋了「植物、動物和人類如何調整自身的生理節律,與地球自轉周期實現同步(synchronized)」。

地球的自轉帶來 24 小時的晝夜節律,我們可以通過外界環境,如光照、太陽位置等判斷一天中的時間,或者從鐘錶獲得更精確的數值。在生物體內部,也有一部「生理時鐘」(circadian clock),根據晝夜節律調控生物的活動。如果生物內在的「時鐘」出現紊亂,無法與外界環境節律協調一致,生物體將會受到影響,例如人類的飛行時差(jet lag)反應。

人體的內在節律(圖:諾貝爾生理學或醫學獎委員會)

生理時鐘的分子機制

三名科學家在果蠅體內發現了一種調控晝夜節律的基因,稱為「period」基因。到了晚上,這種基因在細胞內編碼一種蛋白,然後在白天發生降解。

70-80 年代,Hall 和 Rosbash 一同合作研究這個課題,而 Young 則是獨立進行研究,他們都在 1984 年分別報道了研究成果。

之後,Hall 和 Rosbash 繼續研究生理時鐘如何發揮作用,他們發現 period 基因編碼的蛋白質含量受到負反饋調控,在晚上和白天出現含量的升降。而 Young 發現了另一個生理時鐘相關的基因,稱為「timeless」。兩種基因表達的蛋白質結合後,進入細胞核,阻止 period 基因的表達,形成負反饋調控。

意義與評價

過去曾與 Hall 合作的分子行為生物學教授 Ralf Stanewsky 解釋說,越來越多健康方面的問題,歸根結底,要麼是生理時鐘基因缺陷,要麼是人為施加外因,如加班或飛行時差。人體內部的生理時鐘一直在努力進行自我調整,務必使人體與環境節律保持一致。因此,如果每星期你的生理時鐘都變化了六小時或三小時,人體會承受極大的壓力。

此次評獎也受到其他專家的肯定。Stanewsky 稱,通常科學家在獲得諾貝爾獎之前會得到的獎項,這三名科學家都已經拿到了。因此,他們獲得諾貝爾獎並不意外。

走近諾貝爾獎得主

雖然業內人士認為獲獎實至名歸,但獲獎者本人卻感到難以置信。Rosbash 接到電話時說:「你在跟我開玩笑。」Hall 的反應與此類似,「這是一場惡作劇嗎?」

三名科學家都來自美國。Hall 現年 72 歲,在馬薩諸塞州的布蘭迪斯(Brandeis)大學度過了大部分學術生涯,目前已經退休。比他年長一歲的 Rosbash 仍在擔任教職。而 68 歲的 Young 在紐約的洛克菲勒大學工作。

當年研究並發表生理時鐘基因的工作堪稱一場比賽。Hall 回憶說,80 年代早期的競爭不太令人愉快,不過最後還是解決了。現在大家年歲漸長,也許開始像成年人一樣做事。年輕時,他和 Rosbash 在球場上敲定了他們的學術合作。倆人都是波士頓紅襪棒球隊的超級粉絲,據 Stanewsky 透露,有一次開會時,他們甚至偷偷帶了便攜電視,一起觀看重要的賽事。

 

參考資料:

  1. Davis, N., Sample, I. (2017, October). Nobel prize for medicine awarded for insights into internal biological clock. The Guardian.
舒超
明日科學編輯,科大生命科學學院研究生,目前努力畢業中。做實驗之餘,喜歡讀書寫字,學習語言。鐘情中國古典文學。希望有朝一日走遍天下,增廣見聞。