來自名古屋大學、東京大學、福岡大學等機構的一個研究小組發現了一種新機制,該機制似乎與生物鐘的控制有關,這種機制對多種物種來說都是常見的。
在所謂生物鐘(生物鐘)24小時晝夜節律的生成過程中,由構成生物鐘的時鐘基因所發揮的“轉錄/翻譯反饋環路(以下簡稱轉錄環路)”被認為具有重要作用。另一方面,雖然轉錄和翻譯等生化反應具有反應速率隨溫度變化的性質,但生物鐘具有溫度補償性(即使環境溫度發生變化也能維持循環的性質)。感覺像是矛盾的神秘點,並且提出了另一種支撐生化反應速度的機制的存在,但其實質尚未闡明。
在本研究中,我們尋找一個影響細胞內生物鐘溫度補償的因素,發現它就是Na+/Ca2+交換轉運蛋白(NCX),一種調節細胞內鈣離子(Ca2+)濃度的蛋白質。 。 人們發現,當環境溫度降低時,NCX 可以促進細胞內Ca2+ 內流並防止轉錄環變慢,這種冷Ca2+ 信號不僅在哺乳動物中起作用,而且在昆蟲、植物和細菌的生物鐘中也起作用。
迄今為止發現的生物鐘基因在動物、植物和細菌中並不保守,因此人們認為它們是在每個物種中獨立進化的。這種日常週期的反復增加和減少表明細胞內Ca2+振盪實際上是生物鐘的起源,而調節它的 NCX 是所有生命體共有的時鐘基因。
事實上,這項研究揭示了NCX功能下降的動物的晝夜節律明顯受損,而生物鐘週期和時間可以通過使用抑制NCX活性的藥物來控制。這些發現為操縱生物鐘技術的發展開闢了新途徑,並為生命共同祖先生物鐘的起源提供了線索。