Az élettani és orvosi díj nyerteseinek kihirdetésével hétfőn kezdődött Stockholmban az éves Nobel-hét. A Nobel-bizottság bejelentette, hogy a 2017-es díjat Geoffrey Hall, Michael Rosbash és Michael Young kutatóknak ítélték oda.

nyílás molekuláris mechanizmusok, cirkadián ritmus szabályozása - ciklikus ingadozások intenzitásában különböző biológiai folyamatok a nappal és az éjszaka változásával kapcsolatos.

A földi élet a bolygó forgásához igazodik. Régóta bebizonyosodott, hogy a növényektől az emberekig minden élő szervezet rendelkezik biológiai órával, amely lehetővé teszi a szervezet számára, hogy alkalmazkodni tudjon a nap folyamán a környezetben bekövetkező változásokhoz. Az első megfigyelések ezen a területen korunk elején történtek, az alaposabb kutatás a 18. században kezdődött.

A 20. századra a növények és állatok cirkadián ritmusát teljesen tanulmányozták, de a „belső óra” pontos működése titok maradt. Ezt a titkot Hall, Rosbash és Young amerikai genetikusok és kronobiológusok fedezték fel.

A gyümölcslegyek a kutatás mintaszervezetévé váltak. Egy kutatócsoportnak sikerült felfedeznie bennük egy irányító gént biológiai ritmusok.

A tudósok azt találták, hogy ez a gén olyan fehérjét kódol, amely éjszaka felhalmozódik a sejtekben, és nappal megsemmisül.

Ezt követően azonosítottak más elemeket, amelyek felelősek a „sejtes óra” önszabályozásáért, és bebizonyították, hogy a biológiai óra hasonló módon működik más többsejtű élőlényekben, így az emberben is.

Belső óránk a fiziológiánkat teljesen más napszakokhoz igazítja. Viselkedésünk, alvásunk, anyagcserénk, testhőmérsékletünk és hormonszintünk függ tőlük. Közérzetünk romlik, ha eltérés van a belső óra működése és környezet. Így a szervezet az időzóna hirtelen megváltozására álmatlansággal, fáradtsággal és fejfájással reagál. Az időzóna változás szindróma, a jet lag része volt a Nemzetközi osztályozás betegségek. Az életmód és a szervezet által diktált ritmusok közötti eltérés számos betegség kialakulásának fokozott kockázatához vezet.

Az első dokumentált kísérletek belső óra században Jean-Jacques de Meran francia csillagász hajtotta végre. Felfedezte, hogy a mimóza levelei estig lelógnak, és reggel újra szétterülnek. Amikor de Meran úgy döntött, hogy megvizsgálja, hogyan viselkedik a növény anélkül, hogy hozzáférne a fényhez, kiderült, hogy a mimóza levelei a világítástól függetlenül lehullottak és felemelkedtek - ezek a jelenségek a napszak változásaihoz kapcsolódnak.

Később a tudósok megállapították hasonló jelenségek, amelyek hozzáigazítják a szervezetet a napközbeni körülmények változásaihoz, más élő szervezetekben is megtalálhatók.

Ezeket cirkadián ritmusoknak nevezték, a circa - "körül" és a dies - "nap" szavakból. Az 1970-es években Seymour Benzer fizikus és molekuláris biológus azon töprengett, vajon azonosítható-e a cirkadián ritmust szabályozó gén. Ez sikerült neki, a gént periódusnak nevezték el, de a kontrollmechanizmus ismeretlen maradt.

1984-ben Hallnak, Roybashnak és Youngnak sikerült felismerniük.

Izolálták a szükséges gént, és megállapították, hogy a napszaktól függően felelős a sejtekben a hozzá kapcsolódó fehérje (PER) felhalmozódásáért és pusztulásáért.

A kutatók következő feladata az volt, hogy megértsék, hogyan keletkeznek és tartanak fenn a cirkadián fluktuációk. Hall és Rosbash azt javasolta, hogy a fehérje felhalmozódása blokkolja a gén működését, ezáltal szabályozza a sejtek fehérjetartalmát.

Egy gén működésének blokkolásához azonban a citoplazmában képződött fehérjének el kell jutnia a sejtmagba, ahol elhelyezkedik. genetikai anyag. Kiderült, hogy a PER éjszaka valóban beépül a sejtmagba, de hogyan kerül oda?

1994-ben Young felfedezett egy másik gént, az időtállót, amely a TIM fehérjét kódolja, amely elengedhetetlen a normál cirkadián ritmusokhoz.

Megállapította, hogy amikor a TIM kötődik a PER-hez, képesek behatolni a sejtmagba, ahol az elv szerint gátlás révén blokkolják a periódusgén működését. visszacsatolás.

De néhány kérdés továbbra is megválaszolatlan maradt. Például mi szabályozta a cirkadián rezgések frekvenciáját? Young ezt követően felfedezett egy másik gént, a doubletime-t, amely felelős a DBT fehérje kialakulásáért, ami késleltette a PER fehérje felhalmozódását. Mindezek a felfedezések segítettek megérteni, hogyan alkalmazkodnak az oszcillációk a 24 órás napi ciklushoz.

Ezt követően Hall, Roybash és Young számos további felfedezést tett, amelyek kiegészítették és finomították az előzőeket.

Például számos olyan fehérjét azonosítottak, amelyek a periódusgén aktiválásához szükségesek, és feltárták azt a mechanizmust is, amellyel a belső óra szinkronizálódik a fénnyel.

A Nobel-díj legvalószínűbb jelöltjei ezen a területen Yuan Chang virológus és férje, Patrick Moore onkológus volt, akik felfedezték a Kaposi-szarkómához kapcsolódó 8-as típusú herpeszvírust; Lewis Cantley professzor, aki felfedezte a foszfoinozitid 3-kináz enzimek jelátviteli útvonalait, és tanulmányozta szerepüket a tumornövekedésben, valamint Karl Friston professzor, aki nagymértékben hozzájárult az agyi képalkotó módszerekkel nyert adatok elemzéséhez.

2016-ban a japán Yoshinori Ohsumi kapta a díjat az autofágia mechanizmusának, az intracelluláris törmelék lebomlásának és újrahasznosításának folyamatának felfedezéséért.

MOSZKVA, október 2— RIA Novosztyi, Anna Urmanceva. Stockholmban kihirdették az élettani és orvosi Nobel-díj nyerteseinek nevét. Tudósok voltak, akik felfedezték a biológiai szabályozás mechanizmusait intracelluláris óra, Jeffrey Hall professzor New Yorkból, Michael Rozbash Kansas Cityből és Michael Young Miamiból.

Felfedezésük lényege, hogy magyarázatot találtak azokra a ritmusokra, amelyek a Földön a biológiai lények szervezeteiben jelen vannak, függetlenül a megvilágítástól (éjjel-nappal). Ősidők óta önkéntesek végeztek kísérleteket, amelyek megerősítették a cirkadián ritmusok létezését. A kutatók hosszú időre barlangokba mentek, bunkerekbe zárták magukat, hogy teszteljék az ébrenlét és az alvásritmusok létezésének hipotézisét olyan körülmények között, amikor a szervezetet megfosztják a nappali órákban, valamint bármilyen hangot. Kiderült, hogy bár a nap különböző források szerint 25-ről 27 órára nyúlik, az ember továbbra is a „napszerű” ritmusával él, ezért beszélnek „circadianitásról” - a nap hasonlóságáról ( a szó a latin circa - „körülbelül” és meghal - „nap” szóból származik.

Az első ilyen kísérleteket növényeken végezték még 1729-ben: Jean-Jacques d'Ortois De Mairan francia csillagász egy sötét helyiségbe helyezte a heliotrópot, és észrevette, hogy levelei ugyanúgy emelkednek és hullanak, mint a fényben.

Azóta a hasonló kísérleteket sokszor megismételték, és teljesen meggyőzték a tudósokat arról, hogy mindenkinek van cirkadián ritmusa, pl. egysejtű szervezetekés sejttenyészetben. Nyilvánvaló, hogy ezek a ritmusok szinkronban vannak a Föld forgásával.

A kronobiológusok nagyon messzire mentek kutatásaik során, kísérleteket végeztek egyetlen sejt kinyerésére és egyéni ritmusainak elemzésére. Kiderült, hogy a kis sejt továbbra is a testen kívül él, tevékenységét a kialakult bioritmusokkal korrelálja. Ezen túlmenően az emberi „bagolyból” származó sejt aktivitása különbözni fog egy „pacsirta” sejt aktivitásától.

professzorok amerikai egyetemek Jeffrey Hall, Michael Rozbash és Michael Young megértették a cirkadián ritmusok mechanizmusát, és azonosították azokat a géneket, amelyek szabályozzák ezt a folyamatot.

© AP Photo/The Chinese University of Hong Kong

© AP Photo/The Chinese University of Hong Kong

1990-ben Michael Rozbash és munkatársai felfedezték a Drosophila (gyümölcslégy) cirkadián ritmusában játszott egyik gén szerepét. A periódusnak (per) nevezett gén szabályozta a PER fehérje termelését, amelynek szintje a szervezetben a fény és a között ingadozott. sötét idő napokig, és az ingadozások megmaradtak, amikor a gyümölcslegyeket sötétben tartották.

Per és Cry „óragének” aktiválási sémája a sejtben. A fehérjekomplex aktiválja azokat a géneket, amelyek más fehérjemolekulák termelését váltják ki, amelyek blokkolják e komplex aktivitását

A fehérjekoncentráció periodikus csökkentését negatív visszacsatolási mechanizmussal hajtottuk végre: minél jobban nőtt a koncentráció, annál kevesebb fehérje szintetizálódott. A tudósok kifejezetten megváltoztatták ezeket a géneket, két mutációt létrehozva. Az első mutációval a fehérjekoncentráció változásának periódusa rövidebb lett, a másodiknál ​​hosszabb. Vagyis az ezekkel a mutációkkal rendelkező gyümölcslegyek „biológiai órája” elkezdett rohanni vagy lemaradni. A PER fehérje koncentrációjának megfelelő változása korrelált a szintekkel motoros tevékenység Drosophilában.

Rozbash és Hall laboratóriumában két másik, cirkadián ritmushoz kapcsolódó Drosophila gént, a ciklust és az órát is tanulmányozták. Ezt követően a cirkadián ritmusok genetikai alapjainak vizsgálata folytatódott. Ennek eredményeként kialakult a transzkripciós-transzlációs oszcilláció, vagyis a ritmikusan változó génexpresszió modellje.

Ha már emberről beszélünk, kiderült, hogy a korai elalvás vagy a késői ébredés szindróma okai is a génekben kereshetők. A korai elalvás „bűnöse” a hPer2 gén mutációja lehet (a h itt az embert jelenti), a későbbi ébredés pedig a megváltozott hPer3 génhez kapcsolódik.

© Illusztráció: RIA Novosti. A. Polyanina

© Illusztráció: RIA Novosti. A. Polyanina

Hogyan szabályozzák az egészséges sejteket? A folyamat elindul napsugarak. A test központi órája elkezd dolgozni, az agyban található, és két fő elemből áll - a hipotalamusz suprachiasmaticus magjaiból (SCN) és a tobozmirigyből. A suprachiasmaticus magok képesek fenntartani az elektromos aktivitás autonóm cirkadián ritmusát, és rákényszerítik az intracelluláris órára.

A Nobel-bizottság ma bejelentette a 2017-es fiziológiai és orvosi díj nyerteseit. A díj idén is az Egyesült Államokba utazik, Michael Young, a New York-i Rockefeller Egyetem munkatársa, Michael Rosbash, a Brandeis Egyetem és Jeffrey Hall, a Maine-i Egyetem munkatársa osztja meg a díjat. A határozat szerint Nobel-bizottság, ezeket a kutatókat "a cirkadián ritmust szabályozó molekuláris mechanizmusok felfedezéséért" díjazták.

Azt kell mondanunk, hogy a Nobel-díj teljes 117 éves történetében talán ez az első díj az alvás-ébrenlét ciklus tanulmányozásáért, vagy általában az alvással kapcsolatos dolgokért. A díjat nem a híres szomnológus, Nathaniel Kleitman kapta, hanem az, aki a legtöbbet teljesítette. kiemelkedő felfedezés Ezen a területen Eugene Azerinsky, aki felfedezte a REM alvást (REM - rapid eye mozgás, REM alvás fázis), általában csak PhD fokozatot kapott teljesítményéért. Nem meglepő, hogy számos előrejelzésben (cikkünkben beszélünk róluk) bármilyen név és kutatási téma szerepelt, de nem azok, amelyek felkeltették a Nobel-bizottság figyelmét.

Miért adták át a díjat?

Mi tehát a cirkadián ritmus, és pontosan mit fedeztek fel a díjazottak, akik a Nobel-bizottság titkára szerint a díj hírét a következő szavakkal üdvözölték: Ön viccelsz velem?

Jeffrey Hall, Michael Rosbash, Michael Young

Circa diem latinból fordítva: „nappal körül”. Megesik, hogy a Föld bolygón élünk, ahol a nappal átadja helyét az éjszakának. És a különböző nappali és éjszakai körülményekhez való alkalmazkodás során az organizmusok belső biológiai órát fejlesztettek ki - a test biokémiai és fiziológiai aktivitásának ritmusait. Mutasd meg, hogy ezek a ritmusok kizárólagosak belső természet, csak az 1980-as években sikerült, gombákat juttatva pályára Neurospora crassa. Aztán világossá vált, hogy a cirkadián ritmus nem függ a külső fénytől vagy más geofizikai jelektől.

A cirkadián ritmusok genetikai mechanizmusát az 1960-as és 1970-es években fedezték fel Seymour Benzer és Ronald Konopka, akik a Drosophila különböző cirkadián ritmusú mutáns vonalait tanulmányozták: a vad típusú legyeknél a cirkadián ritmus rezgésének periódusa körülbelül 24 óra volt. - 19 óra, másokban - 29 óra, másoknak pedig egyáltalán nem volt ritmus. Kiderült, hogy a ritmusokat a gén szabályozza PER - időszak. A következő lépést, amely segített megérteni, hogyan jelennek meg és hogyan maradnak fenn a cirkadián ritmus ilyen ingadozásai, a jelenlegi díjazottak tették meg.

Önszabályozó óramechanizmus

Geoffrey Hall és Michael Rosbash azt javasolta, hogy a gén kódolja időszak A PER fehérje blokkolja saját génjének működését, és ez a visszacsatolási hurok lehetővé teszi, hogy a fehérje megakadályozza saját szintézisét, és ciklikusan, folyamatosan szabályozza szintjét a sejtekben.

A képen az események sorozata látható 24 órás oszcilláción keresztül. Amikor a gén aktív, a PER mRNS termelődik. Kilép a sejtmagból a citoplazmába, és a PER fehérje termelésének templátjává válik. A PER fehérje felhalmozódik a sejtmagban, ha a periódusgén aktivitása blokkolva van. Ez lezárja a visszacsatolási hurkot.

A modell nagyon vonzó volt, de a kirakós néhány darabja hiányzott, hogy teljes legyen a kép. A génaktivitás blokkolásához a fehérjének be kell jutnia a sejtmagba, ahol a genetikai anyag tárolódik. Jeffrey Hall és Michael Rosbash kimutatta, hogy a PER fehérje egyik napról a másikra felhalmozódik a sejtmagban, de nem értették, hogyan került oda. 1994-ben Michael Young felfedezett egy második cirkadián ritmusgént, időtlen(angolul: „időtlen”). Kódolja a TIM fehérjét, amely a belső óránk normál működéséhez szükséges. Elegáns kísérletében Young bemutatta, hogy a TIM és a PER csak egymáshoz kötődve tud párosodni, hogy belépjen a sejtmagba, ahol blokkolja a gént. időszak.

A cirkadián ritmusok molekuláris összetevőinek egyszerűsített ábrázolása

Ez a visszacsatolási mechanizmus megmagyarázta az oszcillációk okát, de nem volt világos, hogy mi szabályozza azok frekvenciáját. Michael Young talált egy másik gént dupla idő. Tartalmazza a DBT fehérjét, amely késleltetheti a PER fehérje felhalmozódását. Így történik a rezgések „hibakeresése”, hogy egybeessenek a napi ciklussal. Ezek a felfedezések forradalmasították a kulcsmechanizmusok megértését biológiai óra személy. A következő években más fehérjéket is találtak, amelyek befolyásolják ezt a mechanizmust és fenntartják annak stabil működését.

Az idei díjazottak például további fehérjéket fedeztek fel, amelyek a gént okozzák időszak munka, és fehérjék, amelyek segítségével a fény szinkronizálja a biológiai órát (vagy az időzónák éles változásával jet lag-et okoz).

A díjról

Emlékezzünk vissza, hogy az élettani és orvosi Nobel-díj (érdemes megjegyezni, hogy az eredeti címben a „vagy” előtag hangzik az „és” helyett) egyike annak az öt díjnak, amelyet Alfred Nobel 1895-ben határoz meg, és ha követjük a dokumentum betűjelét, évente "az élettani vagy orvostudományi terület felfedezéséért vagy találmányáért" kell odaítélni, amely az előző évben történt, és maximális haszon az emberiségnek. Úgy tűnik azonban, hogy a „tavalyi év elvét” szinte soha nem követték.

Az élettani és orvosi díjat ma már hagyományosan a Nobel-hét legelején, október első hétfőjén adják át. Először 1901-ben ítélték oda a diftéria szérumterápiájának létrehozásáért. A történelem során összesen 108 alkalommal adták át a díjat, kilenc esetben: 1915-ben, 1916-ban, 1917-ben, 1918-ban, 1921-ben, 1925-ben, 1940-ben, 1941-ben és 1942-ben - a díjat nem adták át.

1901 és 2017 között a díjat 214 tudósnak ítélték oda, akik közül egy tucat nő volt. Eddig még nem volt olyan, hogy valaki kétszer kapta volna meg az orvosi díjat, pedig volt már olyan is, hogy már meglévő díjazottat jelöltek (például a miénket). Ha nem veszi figyelembe a 2017-es díjat, akkor középkorú A díjazott 58 éves volt. A legfiatalabb fiziológiai és orvostudományi Nobel-díjas az 1923-as Frederick Banting (az inzulin felfedezéséért díj, 32 éves), a legidősebb az 1966-os Peyton Rose (az onkogén vírusok felfedezéséért járó díj, 87 éves) volt. ).

Hogyan működik a szervezet biológiai órája. Miért ítélték oda 2017-ben az orvosi Nobel-díjat?

Jeffrey Hall, Michael Rozbash és Michael Young honlapja

Három amerikai tudós osztozott a legmagasabbon tudományos díjélő szervezetek belső óráinak mechanizmusának kutatására

A földi élet a bolygónk Nap körüli forgásához igazodik. Évek óta tudjuk, hogy az élő szervezetekben, köztük az emberben is léteznek olyan biológiai órák, amelyek segítenek előre látni a cirkadián ritmust és alkalmazkodni ahhoz. De hogyan is működik pontosan ez az óra? Amerikai genetikusok és kronobiológusok képesek voltak belenézni ebbe a mechanizmusba, és rávilágítottak annak rejtett működésére. Felfedezéseik magyarázatot adnak arra, hogy a növények, állatok és emberek hogyan igazítják biológiai ritmusukat a Föld napi forgási ciklusához.

A 2017-es Nobel-díjasok gyümölcslegyeket tesztszervezetként használva izoláltak egy gént, amely szabályozza az élőlények normális cirkadián ritmusát. Azt is bemutatták, hogy ez a gén hogyan kódol egy fehérjét, amely éjszaka felhalmozódik a sejtben, nappal pedig lebomlik, ezáltal kényszerítve azt, hogy fenntartsa ezt a ritmust. Ezt követően további fehérjekomponenseket azonosítottak, amelyek szabályozzák a sejten belüli önfenntartó óramechanizmust. És most már tudjuk, hogy a biológiai óra ugyanazon elv szerint működik mind az egyes sejtekben, mind a többsejtű szervezetekben, például az emberben.

A rendkívüli pontosságnak köszönhetően belső óránk ehhez igazítja élettanunkat különböző fázisok napokon - reggel, délután, este és éjszaka. Ez az óra sok mindent szabályoz fontos funkciókat, mint a viselkedés, a hormonszint, az alvás, a testhőmérséklet és az anyagcsere. Jó közérzetünk romlik, ha deszinkronizálás történik külső környezetés belső óra. Példa erre az úgynevezett jet lag, amely olyan utazók körében fordul elő, akik egyik időzónából a másikba költöznek, majd sokáig nem tudnak alkalmazkodni a nappal és az éjszaka váltásához. Nappal alszanak, sötétben pedig nem tudnak aludni. Ma már számos bizonyíték támasztja alá, hogy az életmód és a természetes bioritmus közötti krónikus eltérés növeli a különböző betegségek kockázatát.

A belső óránkat nem lehet becsapni

Jean-Jacques d'Hortois de Mairan Nobel-bizottság kísérlete

A legtöbb élő szervezet egyértelműen alkalmazkodik a napi környezeti változásokhoz. Az egyik első, aki bizonyította ennek az alkalmazkodásnak a jelenlétét a 18. században, Jean-Jacques d'Ortois de Mairan francia csillagász naplemente A tudós azon töprengett, mi történne, ha a növény állandó sötétben lenne. Egy egyszerű kísérlet elvégzése után a kutató megállapította, hogy a jelenléttől függetlenül napfény, a kísérleti mimóza levelei folytatják szokásos napi mozgásukat. Mint kiderült, a növényeknek saját belső órájuk van.

Az újabb kutatások kimutatták, hogy nem csak a növények, hanem az állatok és az emberek is ki vannak téve egy biológiai órának, amely segít fiziológiánkat a napi változásokhoz igazítani. Ezt az alkalmazkodást cirkadián ritmusnak nevezik. A kifejezés innen származik Latin szavak kb – „körülbelül” és meghal – „nap”. De hogy pontosan hogyan működik ez a biológiai óra, az sokáig rejtély maradt.

Az "óra gén" felfedezése

Az 1970-es években amerikai fizikus, Seymour Benzer biológus és pszichogenetikus, tanítványával, Ronald Konopkával együtt azt vizsgálták, hogy lehetséges-e izolálni a gyümölcslegyekben a cirkadián ritmust szabályozó géneket. A tudósoknak sikerült kimutatniuk, hogy egy számukra ismeretlen gén mutációi megzavarják ezt a ritmust a kísérleti rovaroknál. Ők periódusgénnek nevezték. De hogyan befolyásolta ez a gén a cirkadián ritmust?

A 2017-es Nobel-díjasok gyümölcslegyeken is végeztek kísérleteket. Céljuk az volt, hogy felfedezzék a belső óra mechanizmusát. 1984-ben Jeffrey Hall és Michael Rozbash, akik szorosan együttműködtek a bostoni Brandeis Egyetemen, valamint Michael Young a New York-i Rockefeller Egyetemen, sikeresen izolálták a periódusgént. Hall és Rozbash ezután felfedezte, hogy az e gén által kódolt PER fehérje éjszaka felhalmozódik a sejtekben, és nappal megsemmisül. Így ennek a fehérjének a szintje 24 órás cikluson keresztül ingadozik a cirkadián ritmussal szinkronban. Felfedezték a belső celluláris óra "ingáját".

Önszabályozó óramechanizmus

A cirkadián ritmust szabályozó fehérjék működésének egyszerűsített diagramja a sejtben Nobel-bizottság

Következő kulcsfontosságú cél az volt, hogy megértsük, hogyan keletkezhetnek és tarthatók fenn ezek a cirkadián oszcillációk. Hall és Rozbash azt javasolta, hogy a PER fehérje blokkolja a periódusgén aktivitását a napi ciklus során. Úgy gondolták, hogy egy gátló visszacsatolási hurkon keresztül a PER fehérje periodikusan gátolja saját szintézisét, és ezáltal folyamatos ciklikus ritmusban szabályozza annak szintjét.

Ennek a különös modellnek az elkészítéséhez csak néhány elem hiányzott. Egy periódusgén aktivitásának blokkolásához a citoplazmában termelődő PER fehérjének el kell jutnia a sejtmaghoz, ahol a genetikai anyag található. Hall és Rozbash kísérletei kimutatták, hogy ez a fehérje valójában éjszaka halmozódik fel a sejtmagban. De hogyan kerül oda? Erre a kérdésre 1994-ben Michael Young válaszolt, aki felfedezte a második kulcs „óragént”, amely a normális cirkadián ritmus fenntartásához szükséges TIM fehérjét kódolja. Egyszerű és elegáns munkával megmutatta, hogy amikor a TIM PER-hez kötődik, a két fehérje képes bejutni. sejtmag, ahol valójában blokkolják a periódusgén működését, hogy lezárják a gátló visszacsatolási hurkot.

Ez a szabályozási mechanizmus megmagyarázta, hogyan keletkezett ez a szintingadozás. sejtfehérje, de még mindig nem válaszolt minden kérdésre. Például meg kellett állapítani, hogy mi szabályozza a napi ingadozások gyakoriságát. A probléma megoldására Michael Young izolált egy másik, a DBT fehérjét kódoló gént, amely késlelteti a PER fehérje felhalmozódását. Így sikerült megérteni, hogyan szabályozzák ezt az oszcillációt annak érdekében, hogy a lehető legszorosabban essen egybe a 24 órás ciklussal.

Ezek a mai díjazottak felfedezései támasztják alá a biológiai óra működésének kulcsfontosságú alapelveit. Ezt követően ennek a mechanizmusnak más molekuláris komponenseit fedezték fel. Elmagyarázzák működésének stabilitását és működési elvét. Hall, Rozbash és Young például további fehérjéket fedezett fel, amelyek a periódusgén aktiválásához szükségesek, valamint egy olyan mechanizmust, amellyel a nappali fény szinkronizálja a test óráját.

A cirkadián ritmusok hatása az emberi életre

Emberi cirkadián ritmus Nobel-bizottság

A biológiai óra összetett fiziológiánk számos vonatkozásában szerepet játszik. Most már mindent tudunk többsejtű élőlények, beleértve az embereket is, hasonló mechanizmusokat alkalmaznak a cirkadián ritmus szabályozására. Génjeink többségét a biológiai óra szabályozza, így a gondosan beállított cirkadián ritmus hozzáigazítja élettanunkat a nap különböző fázisaihoz. A három mai Nobel-díjas alapvető munkájának köszönhetően a cirkadián biológia széleskörű és dinamikus területté vált. fejlődő terület kutatás, amely a cirkadián ritmusok egészségünkre és közérzetünkre gyakorolt ​​hatását vizsgálja. És még egy megerősítést kaptunk, hogy még mindig jobb aludni, még akkor is, ha megrögzött éjszakai bagoly vagy. Ez egészségesebb.

Referencia

Geoffrey Hall– 1945-ben született New Yorkban, az Egyesült Államokban. 1971-ben doktorált a Washingtoni Egyetemen (Seattle, Washington). 1973-ig a California Institute of Technology (Pasadena, California) professzoraként dolgozott. 1974 óta a Brandeis Egyetemen (Waltham, Massachusetts) dolgozik. 2002-ben kezdett együttműködni a Maine-i Egyetemmel.

Michael Rozbash– 1944-ben született Kansas Cityben, az Egyesült Államokban. Doktori fokozatát a Massachusetts Institute of Technology-n (Cambridge, Massachusetts) szerezte. A következő három évben a skóciai Edinburgh Egyetem doktorandusza volt. 1974 óta a Brandeis Egyetemen (Waltham, Massachusetts) dolgozik.

Michael Young– 1949-ben született az Egyesült Államokban, Miamiban. Doktori tanulmányait a Texasi Egyetemen (Austin, Texas) fejezte be 1975-ben. 1977-ig a Stanford Egyetemen (Palo Alto, Kalifornia) végezte posztdoktori tanulmányait. 1978-ban csatlakozott a New York-i Rockefeller Egyetem karához.

Svéd anyagok fordítása királyi akadémia Sci.

A cirkadián ritmus molekuláris mechanizmusainak felfedezése

Az élettani és orvosi Nobel-díjat 2017-ben Michael Young, Jeffrey Hall és Michael Rosbash amerikai kutatóknak ítélték oda a cirkadián ritmusok ("biológiai órák") genetikai alapjainak hosszú távú kutatásáért. Young a New York-i Rockefeller Egyetemen, Hall és Rosbash pedig a Massachusetts-i Brandeis Egyetemen tanul.

A 2017-es fiziológiai és orvosi Nobel-díjat a biológiai óra működését meghatározó gének felfedezéséért ítélték oda – egy sejten belüli mechanizmus, amely szabályozza a nappal és az éjszaka változásával összefüggő különböző biológiai folyamatok intenzitásának ciklikus ingadozásait. napi vagy napidíj ( cirkadián) ritmusok minden élő szervezetben jelen vannak a cianobaktériumoktól a magasabb rendű állatokig.

Meg kell érteni, hogy minden ilyen kitüntető címet elnyert teljesítmény az elődök kutatásán alapul. A biológiai óra ötlete először a 17. században merült fel, amikor Jean Jacques de Meran francia csillagász felfedezte, hogy a növényekben a levélmozgás napi ritmusa még sötétben is „be van programozva”, ill nem a környezet határozza meg. Ettől a pillanattól kezdve megkezdődött a jelenség tanulmányozása. Megállapítást nyert, hogy szinte minden élő szervezet képes ciklikus folyamatok kialakítására napi vagy napi közeli periódussal. Kiderült, hogy a szinkronizálás fő külső tényezője - a nappal és éjszaka változása - hiányában az élőlények továbbra is cirkadián ritmusban élnek, bár ennek a ritmusnak az időtartama attól függ, egyéni jellemzők kicsit rövidebbé vagy hosszabbá válik a napnál.

A biológiai óra genetikai alapját először az 1970-es években azonosították, amikor a gyümölcslégy megindult Drozophila melanogaster gént fedeztek fel Per(a szóból időszak). Ezt Seymour Benzer és tanítványa, Ronald Konopka csinálta a kaliforniaiból Műszaki Intézet. Nagyszabású kísérletet hajtottak végre, több száz légyvonallal dolgoztak, és új vonalakat hoztak létre kémiai mutagenezis. A tudósok észrevették, hogy azonos megvilágítás mellett egyes legyeknél az alvás és az ébrenlét cirkadián ritmusának periódusa vagy jelentősen rövidebbé vált a szokásosnál (19 óra), vagy hosszabbá (28 óra), valamint az „aritmiások” csoportja is. megjelent, amelyben teljesen aszinkron ciklus volt megfigyelhető. Annak megértésére, hogy lehetséges-e azonosítani a gyümölcslegyekben a cirkadián ritmust szabályozó géneket, a tudósok kimutatták, hogy a légy cirkadián ritmusát egy ismeretlen gén vagy géncsoport mutációi zavarják meg.

Így a leendő Nobel-díjas Hall, Rosbash és Young már rendelkezésükre állt az alvás és az ébrenlét időszakában genetikailag meghatározott változásokkal rendelkező legyek sora. 1984-ben izolálták és szekvenálták a gént Perés megállapította, hogy az általa kódolt fehérje szintje napi gyakorisággal változik, éjszaka eléri a csúcsot, nappal pedig csökken.

A Nobel-díjas felfedezés adta új lökés megpróbálni megérteni, hogy a cirkadián ritmusok mechanizmusai miért működnek úgy, ahogyan, miért változik az időszak egyénenként és miért ellenálló külső tényezők mint például a hőmérséklet (Pittendrich, 1960). Például a cianobaktériumokon végzett munka azt mutatta, hogy a hőmérséklet 10 °C-os emelkedésével az algák ciklikus folyamatokat tartanak fenn, és periódusuk csak 10-15 %-kal változik, míg a törvények szerint kémiai kinetika kétszer kell változtatni. Ez utóbbi igazi kihívássá vált, hiszen minden biokémiai reakciónak be kell tartania a kémiai kinetika törvényeit.

A tudósok most egyetértenek abban, hogy az időszak stabil, mert napi ciklus egynél több gén és az általa termelt fehérje határozza meg. 1994-ben Young felfedezett egy gént a Drosophilában Tim, amely a PER fehérjeszintek visszacsatolásos szabályozásában részt vevő fehérjét kódol. A hőmérséklet emelkedésével mind a cirkadián ciklus kialakításában részt vevő fehérjék termelődése fokozódik, mind pedig más, azt gátló fehérjék termelése, és a biológiai óra működése sem zavar.

A cirkadián ritmusok alapvető mechanizmusai ma már ismertek, de sok részlet tisztázatlan marad. Például, hogyan létezik több „óra” egyidejűleg egy szervezetben, hogyan valósul meg több olyan folyamat, amely különböző időszakok? Amikor olyan kísérleteket végeztek, amelyekben az emberek zárt térben vagy barlangban éltek anélkül, hogy a nappali és éjszakai időpontról tudtak volna, testhőmérsékletük, szteroid hormonok szekréciója stb. körülbelül 25 óra volt alvás és ébrenlét, bár átlagosan szintén körülbelül naponta tartott, néhányuk 15 és 60 óra között változott (Wever, 1975).

A cirkadián ritmusok tanulmányozása szintén fontos a szervezet működésének megértéséhez extrém körülmények, például az Északi-sarkon, amikor közben sarki napés éjszaka, a cirkadián ritmusok szinkronizálásának természetes tényezői eltűnnek. Meggyőző bizonyítékok vannak arra vonatkozóan, hogy egy ilyen környezetben való hosszú tartózkodás során az ember számos testfunkció napi ritmusában jelentős változásokat tapasztal (Moshkin, 1984). Ma már világossá válik, hogy ez az egyik olyan tényező, amely befolyásolja az emberi egészséget, és amikor ez ismert molekuláris alapon cirkadián ritmusok vizsgálatával elemezhető, hogy mely génváltozatok kedveznek többé-kevésbé a poláris körülmények között végzett munkához.

A cirkadián ritmusok befolyásolják az anyagcsere folyamatokat, a munkát immunrendszerés a gyulladásos folyamat, a vérnyomás, a testhőmérséklet, az agyműködés és még sok más. Egyes gyógyszerek hatékonysága és mellékhatásaik a napszaktól függenek. Ha kényszerű eltérés van a belső és a külső óra között, például szélességi repülés vagy munkavégzés következtében. éjszakai műszak, a szervezet különböző működési zavarai figyelhetők meg: gyomor-bélrendszeri rendellenességek és szív- és érrendszer, depresszió, növeli a rák kialakulásának kockázatát.

Irodalom

Moshkin M. P. A természetes fényviszonyok hatása a sarkkutatók bioritmusára // Humán fiziológia. 1984. T. 10. 1. sz. P. 126-129.

Pittendrigh C. S. Cirkadián ritmusok és aélő rendszerek cirkadián szerveződése // Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1960. V. 25. P. 159-184.

Wever R. The circadian multi-oscillator system of man // Int J Chronobiol. 1975. V. 3. N. 1. P. 19-55.