将控制人类睡眠习惯的基因插入小鼠体内,可以将这些啮齿动物变成“早起的鸟儿”。这一结果为了解驱动生物钟的分子机制提供了 insights。
大多数生物都有一个内部时钟,使其活动与 24 小时昼夜同步,即所谓的昼夜节律。PER2 是控制人类这种节律的基因之一。但在 0.3% 的人群中,该基因会出错,导致家族性睡眠相位前移综合征 (FASPS),这会使人们早睡早起。尽管会产生如此显著的效果,但突变 PER2 基因编码的蛋白质变化却非常细微:单个蛋白质构建块或氨基酸从丝氨酸变为甘氨酸。
为了更好地了解 PER2 的工作原理,加州大学旧金山分校的 Louis J. Ptᡠcek 和 Ying-Hui Fu 对小鼠进行了基因工程改造,使其携带人类基因。果然,当动物接受 FASPS PER2 突变时,它们的自然节律从平均 23.7 小时缩短到不足 22 小时。当研究人员在蛋白质中进行了另一个简单的氨基酸替换,将相同的丝氨酸变成天冬氨酸时,周期延长至 24.8 小时。小鼠时钟的重置似乎与基因的活性有关。第一次突变降低了基因表达,第二次突变提高了基因表达。
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Fu 认为,研究结果对睡眠障碍以外的领域也具有深远的影响。她指出,夜班护士更容易患乳腺癌,而化疗在某些时候更有效。中风、动脉瘤、哮喘和抑郁症往往发生在一天中的特定时间。“睡眠是所有身体功能的中心,因此了解昼夜节律将有助于我们理解相关问题,”Fu 说。