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미생물에서 포유류에 이르기까지 거의 모든 살아있는 유기체는 24시간 태양 주기 또는 생체 시계에 따라 행동, 생화학, 생리학적 과정을 동기화합니다.
일주기 시계는 주로 특정 기계에 의해 제어되며, 포유류의 경우 시상하부에 존재하는 시교차상핵(suprachiasmatic nucleus)이 마스터 시계 역할을 하여 몸 전체의 일주기 리듬을 제어합니다.
그러나 신체의 대부분의 세포는 내부 생체 리듬도 가지고 있습니다. 이 세포에서 유전자 발현의 주기적 패턴은 유기체 수준에서 생체 시계를 안내합니다.
세포 수준에서 일주기 리듬의 기본 유전학은 고전적으로 초파리에서 연구되었는데, 여기서 시계 유전자 세트는 음의 피드백 루프를 통해 세포 일주기 리듬을 조절합니다.
낮 시간 동안, 전사 인자인 Clock 및 Cycle은 이종이합체화되어 Per라고도 하는 Period 유전자를 포함한 표적 유전자의 전사를 활성화합니다.
Per 단백질은 Timeless 또는 Tim이라고 하는 다른 단백질과 이합체화합니다. 그러나 이 두 단백질은 모두 빛의 존재 하에서는 그다지 안정적이지 않으며 이후에 프로테아좀에 의해 분해됩니다.
저녁 동안, 안정된 Per/Tim 복합체는 세포 세포질에 축적된 다음 핵으로 전위할 수 있습니다 - 여기서 Clock-Cycle 이량체에 결합하고 DNA에서 제거합니다- 그로 인해 전사 활성을 억제합니다.
이러한 부정적 피드백 조절 외에도 세포의 다른 조절 단백질도 Clock의 활성 조절에 참여합니다.
예를 들어, Clockwork Orange는 DNA의 결합 부위를 놓고 경쟁하여 Per과 함께 Clock-cycle transcriptional activity를 함께 억제하는 transcriptional repressor입니다.
일주기 리듬은 정상적인 신체 기능을 조정하는 데 필수적인 역할을 하기 때문에 생체 리듬이 중단되면 대사 증후군, 염증성 질환, 암을 포함한 경미한 질병에서 심각한 질병으로 이어질 수 있습니다.
생물학적 시계는 모든 동물의 복잡한 생리를 조절하는 여러 측면에 관여합니다. 독일의 동물학자인 한스 칼무스(Hans Kalmus)와 에르빈 뷔닝(Erwin Bünning)이 노랑초파리(Drosophila melanogaster)에서 일주기 리듬의 존재를 발견한 것은 1…
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