Нобелова награда за медицина 2017 дешифриране на механизмите на биологичния часовник на човешкото тяло
След 30 години непрекъснати изследвания в хронобиологията Джефри Хол, Майкъл Росбаш и Майкъл Йънг спечелиха Нобелова награда за „откриване на молекулярните механизми, които контролират циркадните ритми“. Те демонстрираха как взаимодействието между различни гени и протеините, които кодират, причинява молекулярни трептения във всяка клетка.
Циркадният ритъм е биологичен модел, който обяснява как физиологията и поведението на организма могат да се адаптират към външната среда, предвиждайки цикъла ден/нощ.
Имената на носителите на Нобелова награда за медицина бяха обявени на пресконференция в Стокхолм, Швеция, 2 октомври 2017 г. Източник на снимки - REUTERS
В началото на 80-те години бяха проведени изследвания в лабораторията на професор Йънг от университета Рокфелер в Ню Йорк и в лабораториите на професорите Джефри Хол и Майкъл Росбаш от университета Брандейс в Бостън, за да се разгадае механизмът на циркадните ритми.
използвайки оцет комар (Drosophila Melanogaster) като образцов организъм, Нобеловите лауреати са изолирали ген, който контролира този биологичен ритъм. Генът кодира протеин, който може да потисне собствената си транскрипция, натрупва се в клетките през нощта и след това се разгражда през деня. Постепенно бяха открити няколко компонента на този механизъм и моделът беше екстраполиран на други многоклетъчни организми, включително хората.
Мигли и биологичен часовник
В 1970 г., Сиймор Бензър, генетик и биолог от Калифорнийския технологичен институт, и неговият ученик Роналд Конопка са показали, че мутациите в ген, който по-късно наричат период (PER), нарушават циркадния ритъм на оцета.
Впоследствие в 1984 г., Джефри Хол и Майкъл Росбаш, колеги от университета Брадеис, изолираха гена и установиха, че нивата на PER протеини варират в рамките на 24-часов цикъл, в синхрон с циркадния ритъм. Хипотезата на двамата беше, че има процес на отрицателна обратна връзка, PER протеинът може да инхибира собствения си синтез и по този начин може да обясни регулирането на нивото на протеина в цикличен ритъм.
Когато ген Период е активен, се произвежда пратеник РНК, който се транспортира до цитоплазмата на клетката, където определя синтеза на PER протеини. След това протеините се натрупват в ядрото, където определят генетичното инхибиране. По това време как тези молекули достигат клетъчното ядро в цитоплазмата все още са неизвестни.
Беше необходимо да се открие нов ген - вечен, от д-р Майкъл Йънг в 1994 г. Ген съответства на TIM протеина, който, когато е свързан с PER, образува протеинов комплекс, способен да проникне в ядрото и да блокира периода на гена. Въпреки това, механизмът, обясняващ честотата на тези PER белтъчни трептения, не е открит. Д-р Йънг също идентифицира ген - двойно време, отговорен за производството на DBT протеин, който забавя натрупването на PER.
Изследванията продължиха с откриването на набор от гени, които включват per (период), tim (безвреме), dbt (двойно време, казеин киназа 1), clk (часовник), cyc (цикъл), sgg (рошав), Pdp1 (PAR домейн протеин 1), vri (усукване), cry (криптохром) и ck2 (казеин киназа 2). Взаимодействията между тези гени, които се основават на веригата за обратна връзка, в която участват PER и TIM, доведоха до появата на модел, наречен Цикъл за обратна връзка с транскрипция и превод (TTFL).
Какъв е денонощният ритъм и как влияе на нашето здраве?
Циркадният ритъм обозначава всеки биологичен процес, който регистрира трептения в рамките на 24 часа. Ендогенните механизми на живите организми им позволяват да се адаптират към околната среда, като по този начин представляват етап на еволюция. "Циркаден" означава на латински около ден (около - около, умира - ден). В допълнение към 24-часовия циркаден ритъм, има седмични, месечни, годишни биологични цикли, които са обект на изследване на cronobiologiei.
Сред първите проучвания върху биологичните „часовници“ бяха тези, които се фокусираха върху изследване на поведението на растенията. Например листата на мимоза пудика (мимоза) те се затварят през нощта и отварят през деня. Жан Жак д’Ортус дьо Майран, През 18 век той наблюдава това явление и се чуди какво ще се случи с растението, ако бъде поставено на тъмно. Той откри, че независимо от излагането на светлина, растението продължава да затваря/отваря трептенията всеки ден. Такива специфични за тялото колебания през деня също са установени при животни и хора.
При хората циркадният ритъм участва в регулирането на процеси като сън, диета, кръвно налягане, телесна температура или освобождаване на хормони. Проучванията показват, че възприемайки начин на живот, който не съответства на ритъма, продиктуван от биологичния часовник, хората са изложени на висок риск от развитие на сериозни заболявания - рак, невродегенеративни заболявания, метаболитни заболявания и т.н. Някои от биомаркерите, които оценяват циркадния ритъм, са: мелатонин, хормон, отговорен за регулирането на цикъла сън-будност, телесна температура и плазмени нива на кортизол, хормон на стреса.
сън това е от съществено значение за нормалното функциониране на мозъка, а липсата на функциониране на циркадния ритъм причинява както нарушения на съня, така и други невро-психиатрични разстройства като биполярно разстройство, нарушения на паметта, депресия. Дефект в човешкия аналог на гена Период (от Drosophila) е доказано, че причинява нарушения на съня - FASPS (Familial Advanced Sleep).
Най-новите изследвания се фокусират върху новите подходи във взаимоотношенията между хронобиологията и фармакологията, за да се идентифицират начини за модулиране на амплитудата, периодите, фазите на биологичните ритми с въздействие върху здравето.