具体的には、受賞者らは長年の研究を通じて、生物の生体リズムを大きく制御する遺伝子を単離した。彼らは、この遺伝子が夜間に細胞内に蓄積し、日中に分解されるタンパク質を生成することを示すことができた。その後、彼らはこのシステムの追加のタンパク質成分を特定し、細胞内の時計仕掛けを制御するメカニズムを解明しました。これは、人間を含むすべての多細胞生物の生物学的時計仕掛けを調節するシステムです。
時差ぼけや交代勤務時に顕著になる
時差ぼけを経験したことがある人なら誰でも、体内時計の機能を経験したことがあります。通常のリズムが崩れると、私たちの健康が影響を受けます。これは、私たちの身体機能がその日の段階にどれだけ強く適応しているかを示しています。体内時計は主に、行動、ホルモンレベル、睡眠の必要性、体温、代謝を調節します。私たちのライフスタイルと体内時計のリズムとの間の慢性的な不一致が、さまざまな病気のリスク増加と関連していることを示す多くの証拠が現在あります。
生物の体内時計の研究には長い伝統があります。人間だけでなく、動物や植物も日々の環境の変化に適応していることは早くから明らかになっていました。しかし、このいわゆる概日時計がどのように機能するかは長い間謎のままでした。 1970 年代に、研究者たちは生物学的時間測定の遺伝的基礎を初めて実証することができました。特定の遺伝子の突然変異がショウジョウバエの体内時計の混乱を引き起こしたのです。
今年のノーベル賞受賞者の研究もこれらの結果に続いた。 1984年、ボストンのブランダイス大学のジェフリー・ホールとマイケル・ロズバッシュは、ニューヨークのロックフェラー大学のマイケル・ヤングと共同で、いわゆるピリオド遺伝子の単離に成功した。次に、ホールとロズバッシュは、この遺伝子を生成するタンパク質、つまりタンパク質 PER に注目しました。彼らは、PERが夜間に蓄積し、日中に分解されることを示しました。これは、PER タンパク質レベルが概日リズムに同期して 24 時間周期で変動することを意味します。
フィードバックループを備えた機構
しかし、それまでは、これらの振動がどのように生成され、維持されるのかは不明のままでした。研究者らは、PERタンパク質が抑制性フィードバックループを通じて自身の合成を妨げ、その結果、周期的なリズムで自身のレベルを調節しているのではないかと仮説を立てた。これに関連して、Hall と Rosbash は、PER タンパク質が夜間に細胞核に蓄積することを示すことができました。ヤングは、そもそもどのようにしてそこに到達したのかをついに説明することを可能にしました。1994 年に、彼は正常な概日リズムに必要な、いわゆる TIM タンパク質を形成する別の時計遺伝子を発見しました。最後に、彼は、TIM が PER に結合すると、2 つのタンパク質が細胞核に侵入できることを示すことができました。そこでそれらは、period遺伝子の活性をブロックして、抑制性フィードバックループを閉じます。
ノーベル財団は、受賞者の発見は体内時計の原理に対する画期的な洞察であったと強調している。その後数年で、時計仕掛けの他の分子構成要素が解明され、その安定性と機能が説明されました。受賞者らもその点に着目しており、たとえば、周期遺伝子の活性化や光が体内時計を同期させるメカニズムに必要な追加のタンパク質を特定した。授賞式の理由によれば、受賞者3人の発見以来、概日生物学は私たちの健康と幸福に影響を与える非常にダイナミックな研究分野に発展したという。
