蛋白质通路如何设定细胞时钟

本-回到我们的主题，昼夜节律，生物钟和睡眠，似乎昼夜节律显然对保持健康很重要，无论是在健康方面还是在适者生存方面。它们使化学循环适应昼夜模式，这似乎提供了一种进化优势。但这是为什么呢?促使生物钟进化的基本化学途径是什么呢?

为了了解更多，我们请来了剑桥大学的Ak Reddy。哦，非常感谢你来参加我们的节目。首先，我们认为生物钟的进化优势是什么?

嗯，过去流传的观点是试图把白天和晚上应该发生的事情分开，过去使用的一个很好的例子是关于细胞分裂周期。所以，在细胞最初进化的日子里，人们认为保护DNA复制可能是有利的，因为DNA复制对太阳的紫外线辐射非常敏感，在一天的某个时间进行复制，然后在晚上不进行保护。然后你把这两个阶段分开，你怎么做呢?你有一个定时机制，基本上记录着白天和黑夜的到来，基本上把它连接到细胞分裂的方式;细胞周期。

本:那么，我们在很多物种中都看到了吗?我们已经讨论过，植物似乎也有类似的昼夜节律。

当然。事实上，动物和植物主宰了我们对时钟的看法，直到大约20年前，人们才第一次开始研究细菌。人们在很多年前就提到过细菌或者提到过细菌可能有时钟，但这一说法被人们抹杀了，因为人们想，为什么细菌，一个每半小时分裂一次的东西，或者在某些情况下分裂得更快，为什么它需要知道24小时的周期?但事实证明，细菌确实进化到我之前说过的那样，在白天的部分时间里保护自己免受DNA损伤，而不是在晚上，所以，它们实际上更喜欢在晚上分裂，而不是在白天。

所以，即使你在一个24小时的周期内会有好几代人，你仍然会看到一个昼夜节律。

是的。所以它们分开了。它们继续分裂，但它们更喜欢在晚上分裂我们知道这也发生在我们自己身上，在定期分裂的东西中，比如肝脏。

本-那化学背景是什么?它是由基因控制的还是本质上有一个更简单的过程?

嗯，这实际上是两者的结合。所以在像我们这样的复杂细胞中，我们认为“发条”主要有两种组成方式。这是我们目前所知道的。我们之前讨论过的是基因，它基本上是在24小时的周期内开启和关闭一些东西。我们最近发现，你也可以在没有任何基因的情况下获得月经周期。所以你制造蛋白质，它们需要在那里，你需要一个蓝图，也就是DNA遗传密码。但是一旦你制造了蛋白质，它们实际上可以自己振荡而不需要基因的开关，我们实际上展示了在没有任何DNA的红细胞中，它们不制造任何新的蛋白质，但它们仍然能够在没有任何外界影响的情况下，在24小时的周期内滴答作响。

说到来自外部世界的影响，如果你把所有的外部刺激都拿走会发生什么?那些生活在海洋最深处，从未见过阳光的细菌和那些物种呢?他们会继续前进吗?

是的，他们还在继续。据我们所知，我的意思是，我们还没有到海洋深处去找出那些细菌，但是人们研究过洞穴鱼，它们被隔离了很多很多代，甚至失去了眼睛，所以它们实际上不再关注光线，但它们似乎仍然保持着相当粗大的昼夜节律。

本，我猜还有其他东西符合同样的模式，所以即使你看不到任何光，也可能会有温度的变化，潮汐的变化，水的流动方式的变化，等等。我们认为这些其他的物理因素可能有助于控制事情吗?

当然。温度可能是最基本的同步信号之一。所以我们倾向于认为光是主导因素，但温度也是从第一天起就存在的以振荡的形式存在，事实上，氧循环也是，另一个同步刺激，还有喂养循环。所以，从上面得到的食物，海洋顶部的东西可能会被海洋深处的东西吃掉。所以海洋里的一切都是周期性的，甚至还有潮汐节律也与此重叠。

Ben:那么，现在我们对蛋白质时钟通路有了更好的了解，这是否能告诉我们为什么，或者这是否能给我们提供一些好的途径来研究为什么昼夜节律紊乱似乎对健康有这些有害的影响?

对于各种各样的科学和医学，我们需要真正理解基础知识，然后才能开始应用它，我认为我们现在处于这样一个阶段，我们对分子时钟的所有不同组成部分有了足够的信息，我们实际上可以开始揭示它们是如何在疾病中出错的。有一些疾病与特定昼夜节律基因的突变有关，但不是很多。也许我们一直在寻找错误的地方，或者我们只是没有找到正确的基因。

本:所以从我们的基本认识来看，有很多新的研究途径。

我们希望如此。

本-好的，非常感谢。那是Ak Reddy。他来自剑桥大学代谢科学研究所。