名古屋大学转化生物分子研究所 偶氮苯的反式和顺式异构体通过与CRY1时钟基因的相互作用决定了昼夜节律周期的变化 名古屋大学转化生物分子研究所(WPI-ITbM)的研究团队由指定副教授Hirota Tsuyoshi、博士后研究员西蒙·米勒、Kenichiro教授和研究生Tsuyoshi Oshima(JSPS青年科学家研究金)组成，与荷兰格罗宁根大学的Ben Feringa教授和博士后研究员Duan Kolarski合作，通过用光激活开关交换化合物的一部分，实现了世界首例:利用光完全可逆地操纵昼夜节律周期
早上醒来，晚上睡觉——我们大部分的生物活动在每天的循环中重复进行
控制这种节律的内部过程被称为昼夜节律钟
众所周知，生物钟是由时钟基因和时钟蛋白质的综合功能控制的，但在一天的漫长时间内控制和稳定节律的过程却一直笼罩在神秘之中
为了解决这个问题，研究人员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的人类细胞昼夜节律的影响，阐明了决定每日周期的重要分子机制
这项大规模的化学筛选鉴定出两种化合物——TH303及其类似物TH129——它们延长了生物钟周期
研究小组随后致力于用x光结晶学阐明这些化合物如何在分子水平上与时钟蛋白CRY1相互作用
他们发现这些化合物的一部分，被称为二苯甲酮，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，当他们分析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，他们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，与那些保持在黑暗中的细胞相比，用GO1323处理的培养的人细胞的昼夜节律周期延长了
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
他们合成了GO1423，含有四原氟偶氮苯
这种化合物在绿光下变为顺式异构体，在紫光下变为反式异构体，同时保持了GO1323的其它理想特性
当用GO1423处理的细胞暴露在绿光下时，它们的昼夜节律周期与那些保持在黑暗中的细胞相比延长了，而当暴露在紫光下时，效果相反
因此，研究人员成功地利用可见光产生了一种控制昼夜节律周期的可逆方法
使用这样的方法控制昼夜节律钟有望有助于治疗相关疾病，例如睡眠障碍、代谢综合征和癌症，并且该研究成果代表了该领域向前迈出的重要且令人兴奋的一步
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