《美国化学会志》：“黑白颠倒”！科学家成功利用可见光控制生物钟周期

早上醒来，晚上睡觉——人类大部分的生物活动在每天的循环中重复。控制这种节奏的内部过程被称为昼夜节律钟。

虽然已经知道生物钟是由生物钟基因和生物钟蛋白质的组合功能控制的，但控制和稳定生物钟的过程一直都很神秘。

为了解决这个问题，一支来自日本和荷兰的研究团队建立了一个化学生物学过程，用于大规模分析化合物对培养人体细胞昼夜节律的影响，阐明决定每日周期的重要分子机制。

相关研究成果已发表在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society )上。

这项大规模的化学筛选确定了两种化合物——TH303及其类似物TH129，这两种物质延长生物钟周期。

研究小组随后使用X射线结晶学在分子水平上阐明了这些化合物如何与时钟蛋白CRY1相互作用。他们发现这些化合物中称为二苯甲酮的部分具有类似于偶氮苯顺式异构体的结构，偶氮苯是一种光激活开关。

然后，当分析GO1323(TH129的一种变体，其中二苯甲酮被偶氮苯取代)对光的反应时，发现它的结构在紫外光下变成顺式异构体，在白光下又变回反式异构体。

根据计算机模拟，GO1323的顺式异构体与TH129和CRY1的相互作用相同，而反式异构体与它没有相互作用。

因此，当暴露在紫外光下时，用GO1323处理过的人细胞的昼夜节律周期比那些保持在黑暗中的人细胞的昼夜节律周期长。

此外，当暴露在白光下时，这些细胞的生物钟周期恢复正常，证明这个过程是可逆的。

由于紫外线对细胞有害，研究小组必须找到一种方法来适应这一过程，利用光谱中无害的区域来延长周期，于是他们合成了GO1423，其中含有四原氟偶氮苯。

这种化合物在绿光下变为顺式异构体，在紫外光下变为反式异构体，同时保持了GO1323的其他理想特性。当用GO1423处理的细胞暴露于绿光时，它们的昼夜节律周期比那些保持在黑暗中的细胞要长，当暴露于紫光时，这种效应被逆转。

因此，研究人员成功地利用可见光产生了一种控制生物钟周期的可逆方法。

使用这些方法控制昼夜节律有望有助于治疗相关疾病，如睡眠障碍、代谢综合征和癌症。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c12280