昼夜节律与基因调控

从微生物到哺乳动物，几乎所有生物体都会根据24小时的太阳周期（即昼夜节律钟）来同步其行为、生化和生理过程。

昼夜节律主要由特定的分子机制调控，在哺乳动物中，下丘脑中存在的视交叉上核作为主时钟，调控全身的昼夜节律。

然而，人体内的大多数细胞也具有内在的昼夜节律。这些细胞中基因表达的周期性模式在生物体水平上调控着昼夜节律钟。

在细胞水平上，昼夜节律的遗传基础传统上是在果蝇（Drosophila）中进行研究的，其中一组时钟基因通过负反馈环路调控细胞的昼夜节律。 

在白天，转录因子 Clock 和 Cycle 形成异源二聚体，并激活其靶基因的转录，其中包括被称为 Per 的Period基因。

Per蛋白会与另一种称为Timeless（Tim）的蛋白形成二聚体。然而，这两种蛋白在光照条件下均不稳定，随后会被蛋白酶体降解。

在夜间，稳定的Per/Tim复合物可在细胞质中积累，随后转入细胞核，与Clock-Cycle二聚体结合，并使其脱离DNA，从而抑制其转录活性。

除了这种负反馈调节外，细胞中的其他调节蛋白也参与调控 Clock 的活性。

例如，Clockwork Orange 是一种转录抑制因子，通过与 Per 竞争 DNA 上的结合位点，共同抑制 Clock-cycle 的转录活性。

由于昼夜节律在协调正常机体功能中起着至关重要的作用，任何对其的干扰都可能导致从轻微到严重的多种疾病，包括代谢综合征和炎症性疾病，以及癌症。