最新发现：生物钟可通过拨动开关重置
使用计时光药理学对生物钟进行可逆调制。使用光来相互转换光响应小分子的两种异构体，可以控制细胞时间。虽然用紫光照射将正常的 24 小时时钟延长到 28 小时，但绿灯会关闭这种效果并使时钟恢复正常。来源：Issey Takahashi
生物钟几乎存在于生物体的所有细胞中。随着越来越多的证据表明某些器官中的时钟可能不同步，有必要在本地调查和重置这些时钟。来自荷兰和日本的科学家向激酶抑制剂引入了一种光控开/关开关，它会影响时钟功能。这使他们能够控制培养细胞和外植组织中的生物钟。他们今天（2021 年 5 月 26 日）在Nature Communications上发表了他们的结果。
地球上的生命在 24 小时循环下进化；光明与黑暗，热与冷。“因此，我们的细胞与这些 24 小时的振荡同步，”格罗宁根大学医学中心放射化学教授 Wiktor Szymanski 说。我们的生物钟由视神经正上方的大脑区域视交叉上核的中央控制器调节，但我们所有的细胞都有自己的时钟。这些时钟由某些蛋白质的产生和分解中的振荡组成。
电灯开关
“越来越清楚的是，器官或组织中的这些时钟可能会被破坏，这可能会导致疾病，”第一作者、有机化学教授 Ben Feringa 领导的小组的博士生 Dušan Kolarski 补充道。而且，当然，我们都知道时差，这是由跨时区旅行引起的，或者是由切换到夏令时或从夏令时引起的问题。“我们对我们的细胞如何协调这些振荡，或者它如何影响身体知之甚少，例如，如果一个肾脏与身体的其他部分不同步，”他补充道。
图为第一作者 Dusan Kolarski（后排左）与日本名古屋大学转化生物分子研究所团队，包括共同作者 Tsuyoshi Hirota（后排中）、Akiko Sugiyama（前排第二左）和永井佳子（前，左四）。图片来源：名古屋大学转化生物分子研究所
为了研究这些影响，有一种药物会影响时钟并且可以在局部激活，这将是有用的。后者是 Szymanski 和 Feringa 小组以前做过的事情。他们创造了几种化合物，例如抗生素或抗癌药，可以用光打开和关闭。此前，日本名古屋大学转化生物分子研究所副教授、生物钟生物学家 Tsuyoshi Hirota 开发了一种激酶抑制剂 longdaysin，它可以将生物钟减慢到一个持续长达 48 小时的周期。Kolarski 为这个 longdaysin 安装了一个电灯开关，允许他分别用紫光和绿光激活或停用该化合物。
时区
Kolarski 花了几年时间开发这种改编作品，但结果非常值得。“这是一次真正的科学‘巡回演出’，也是跨学科合作的典范，”费林加补充道。格罗宁根大学的科学家们与他们在名古屋大学的日本同事一起展示了如何通过使用 longdaysin 衍生物处理将培养细胞的周期从 24 小时延长到 28 小时。用绿光停用使循环恢复到刚刚超过 25 小时，随后用紫光重新激活使其恢复到 28 小时。
“我们还将它用于小鼠视交叉上核的组织切片，”Kolarski 说。“用 longdaysin 衍生物治疗几天后，振荡减慢到 26 小时周期，并在绿灯停用后恢复到 24 小时周期。”
“这种可逆的调节将提供一种新的方法来分析每个细胞中的时钟如何在组织水平上组织，从而更深入地了解复杂的生物钟系统，”Hirota 补充道。
科学家们还调整了培养细胞中的周期阶段：长日霉素衍生物激活三天，然后失活，导致 24 小时周期的变化长达 6 小时。这就好像单元格与不同的时区同步。这些实验是对原理的证明，将使科学家能够更详细地研究生物钟。下一步是在动物身上使用 longdaysin。Kolarski：“最初的 longdaysin，没有开关，以前曾用于斑马鱼。我们非常想在老鼠身上测试它。目的不是解决时差问题，而是研究 longdaysin 对生理的影响。”
推荐产品: 其他配件
器官
longdaysin 等光激活药物可能仅用于治疗严重疾病。“我们实际上可以用光到达相当多的器官，例如使用内窥镜。胃肠道和呼吸系统很容易到达，而其他组织可能需要小切口才能插入光纤，”Szymanski 评论道。还有一些新兴的选择可以通过生物发光或声致发光等技术在器官或组织内产生光。尽管这些光线水平仍然比我们轻按开关所需的亮度低几个数量级。我们将在未来几年努力提高敏感性，强调 Szymanski 和 Feringa。Kolarski 补充道：“我们现在开辟了一个新的研究领域。最终，所有这些都将使我们能够在局部破坏或修复昼夜节律振荡。”
简单的科学总结
我们体内的细胞遵循 24 小时循环，即生物钟。这种循环的中断，例如夜班工作，可能会导致疾病。近年来，很明显，时钟可以在单个器官或组织中被破坏。为了研究和潜在治愈我们细胞内时钟的问题，荷兰和日本科学家创造了一种化合物，可以延长 24 小时周期，并且可以使用光激活或停用。他们表明，通过激活该化合物，可以将细胞或组织中的 24 小时周期变为 28 小时周期。失活后，细胞和组织恢复到接近正常的循环。该化合物可用于研究我们细胞内的时钟，最终可能用于治疗由时钟中断引起的疾病。