發現新時鐘基因–缺損將弱化節律、導致難起床

現代人睡眠債務太多以致於早上不易起床,但最新研究指出是有可能會出現「天生賴床」的情況。西北大學科學家發現了一種被暱稱為「24」(twenty-four)的基因,這個基因缺損的話會打亂果蠅醒睡週期(sleep-wake cycle)的規律性,造成這些果蠅難以從睡夢中清醒。

生物體會何時睡覺以及何時醒來主要由體內約日時鐘(circadian clock) 來控制,所有生物體的時鐘有著類似的運作機制,因此雖然西北大學研究中所使用的是黑腹果蠅(drosophila melanogaster),其研究結果亦可推論至人類身上。研究負責人Ravi Allada博士說:「時鐘的功能是提醒你的身體太陽即將升起、該準備起床了!沒有『24基因』的果蠅在清晨該清醒時並不會活躍起來,這在人類身上則意味著可能有早上起不來的困擾!」

Period(per)是一種可以轉譯PER蛋白的基因,而PER蛋白又負責調節約日節律(circadian rhythm), Allada和他的同事發現24基因對製造這種時鐘基因(clock gene)十分重要。當24基因不表現的時候,在腦部神經元所能發現的PER蛋白就變得非常的少,而且果蠅的醒睡節律也會被打亂。

Allada團隊所發現的24基因對於調節24小時醒睡循環來說是十分重要的,而這個基因的屬名(generic name)為「CG4857」,這些數字加起來剛好是24(4+8+5+7=24),所以這個基因就被取了個「24」的外號。

一直以來都認為約日時鐘的主要機制都在DNA轉錄成RNA的過程,過程中轉錄回饋循環( transcriptional feedback loop)的控制系統更是關鍵。研究者試圖尋找新的時鐘組成要素的過程中發現了24基因,但這基因參與的卻是轉譯( translation )過程,也就是將RNA轉譯成蛋白質。Allada說:

「約日時鐘的運作似乎出現了一個新機制,我們發現24基因對於轉譯時鐘蛋白(clock protein)是有力且重要的,而以前並未發現轉譯的過程中還有一個這麼重要的角色。」

Allada的團隊與韓國科技技術院(KAIST)合作,利用KAIST的果蠅實驗室檢查了了4000隻不同果蠅以找出醒睡週期特別的果蠅,發現了一隻週期較長、為26小時的果蠅,而這隻果蠅身上有個過度表現(overexpressed)的基因就是CG4857。研究者接著把這個基因移除,發現果蠅的醒睡節律變得十分微弱,不是睡一整天就是一直醒著。即使還有per RNA存在,在果蠅的腦部神經元只找到非常少量的PER蛋白,這代表著如果沒有24基因的話,per RNA是不會轉譯成PER蛋白的,因而造成醒睡節律的失常。

編譯:鄭逸如

外電連結:
Northwestern University (2011, February 16). Waking up is hard to do: Scientists identify a gene important for the daily rhythms of the sleep-wake cycle. ScienceDaily. link.
原始文獻:
The novel gene twenty-four defines a critical translational step in the Drosophila clock. link.

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高雄醫學大學心理學系助理教授,過著晚上體驗睡眠、白天研究睡眠的生活。希望可以把象牙塔裡的東西搬出來曬一曬讓大家瞧瞧。

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