2017 met? Nobelio fiziologijos ar medicinos premija buvo skirta u? gen?, lemian?i? biologinio laikrod?io – intral?stelinio mechanizmo, valdan?io ciklinius biologini? proces? svyravimus, susijusius su dienos ir nakties kaita, – atradim?. Dienos arba b?dingos visiems gyviems organizmams, nuo melsvadumbli? iki auk?tesni?j? gyv?n?.

?inoma, bet koks mokslinis rezultatas, sulauk?s tokio pasaulinio pripa?inimo, yra pagr?stas savo pirmtak? pasiekimais. Pirm? kart? biologinio laikrod?io samprata i?kilo dar XVII am?iuje, kai pranc?z? astronomas Jeanas Jacques'as de Meranas atrado, kad kasdienis augal? lap? jud?jimo ritmas nei?nyksta net ir tamsoje: jis yra grie?tai „u?programuotas“. “, o ne d?l aplinkos veikimo.

Nuo to momento buvo prad?tas biologini? laikrod?i? fenomeno tyrimas. Paai?k?jo, kad beveik visuose gyvuose organizmuose cikliniai procesai vyksta kasdien arba beveik kasdien. Ir net nesant pagrindinio i?orinio sinchronizacijos veiksnio – dienos ir nakties kaitos, organizmai ir toliau gyvena pagal paros ritm?, nors ?io ritmo periodas gali b?ti ilgesnis/trumpesnis nei dienos trukm?, priklausomai nuo individualios savyb?s.

Genetinis biologinio laikrod?io pagrindas pirm? kart? buvo nustatytas a?tuntajame de?imtmetyje, kai vaisin?je musel?je buvo aptiktas Per genas (nuo laikotarpio). ?io atradimo autoriai Seymouras Benzeris ir jo mokinys Ronaldas Konopka i? Kalifornijos technologijos instituto atliko didelio masto eksperiment?, dirbdami su ?imtais laboratorini? musi? linij?, gaut? naudojant chemin? mutagenez?. Mokslininkai pasteb?jo, kad kai kurioms musel?ms esant tokiam pa?iam ap?vietimo periodui, paros miego ir b?dravimo ritmo laikotarpis tapo arba ?ymiai trumpesnis nei ?prasta diena (19 valand?) arba ilgesnis (28 valandos); be to, buvo rasta „aritmik?“ su visi?kai asinchroniniu ciklu. Bandydami nustatyti genus, valdan?ius vaisini? museli? cirkadin? ritm?, mokslininkai ?rod?, kad ritmo sutrikimai yra susij? su ne?inomo geno ar gen? grup?s mutacijomis.

Taigi b?simieji Nobelio premijos laureatai Hallas, Rosbashas ir Youngas jau tur?jo musi? linijas su geneti?kai nulemtais miego ir b?dravimo laikotarpio poky?iais. 1984 m. ?ie mokslininkai i?skyr? ir sekvenavo norim? Per gen? ir nustat?, kad jo koduojamo baltymo lygis kinta kasdien, did?iausias b?na nakt?, o dien? ma??ja.

?is atradimas suteik? nauj? impuls? tyrimams, kuri? tikslas – suprasti, kod?l cirkadini? ritm? mechanizmai veikia taip, o ne kitaip, kod?l skirtingi individai gali tur?ti skirting? dienos period?, bet tuo pa?iu pasirodyti atspar?s i?oriniams veiksniams. tokius veiksnius kaip temperat?ra (Pittendrich, 1960). Taigi su melsvadumbliais (melsvadumbliais) atliktas darbas parod?, kad temperat?rai pakilus 10 ?С, j? ciklini? med?iag? apykaitos proces? paros laikotarpis pasikei?ia tik 10–15%, o pagal chemin?s kinetikos d?snius. ?is pakeitimas tur?t? b?ti beveik tvarkingas! ?is faktas tapo tikru i???kiu, nes visos biochemin?s reakcijos turi paklusti chemin?s kinetikos taisykl?ms.

Dabar mokslininkai sutiko, kad ciklini? proces? ritmas i?lieka gana stabilus, nes paros cikl? lemia ne vienas genas. 1994 m. Young atrado Tim gen? Drosophila, kuris koduoja baltym?, dalyvaujant? gr??tamajame PER baltym? lygio reguliavime. Kylant temperat?rai, did?ja ne tik baltym?, dalyvaujan?i? formuojant cirkadin? cikl?, bet ir kit? j? slopinan?i? baltym? gamyba, tod?l biologinio laikrod?io darbas nenuklysta.

?induoli? organizme buvo aptikta visa cirkadini? gen? ?eima – Bmal1, Clock, Cry1-2, Per1-3, kuri? mechanizmui taikomas gr??tamojo ry?io principas. BMAL1 ir CLOCK baltymai aktyvuoja Per ir Cry genus, tod?l sintezuojami PER ir CRY baltymai. Kai ?i? baltym? padaug?ja, jie pradeda slopinti BMAL1 ir CLOCK veikl?, taip suma?indami j? sintez?. Kai PER ir CRY baltym? kiekis suma??ja iki tam tikro lygio, BMAL1 ir CLOCK v?l aktyvuojami. Ciklas t?siasi

Pagrindiniai cirkadini? ritm? mechanizmai iki ?iol buvo pakankamai i?tirti, nors daugelis detali? liko nepaai?kintos. Taigi neai?ku, kaip viename organizme vienu metu gali egzistuoti keli „laikrod?iai“: kaip realizuojami procesai, vykstantys skirtingais laikotarpiais? Pavyzd?iui, eksperimentuose, kai ?mon?s gyveno patalpoje arba oloje, negaudami informacijos apie dienos ir nakties kait?, savo k?no temperat?r?, steroidini? hormon? sekrecij? ir kitus fiziologinius parametrus ciklavo ma?daug 25 valandas. , miego ir b?dravimo periodai gali skirtis nuo 15 iki 15 val. (Wever, 1975).

Cirkadini? ritm? tyrimas taip pat svarbus norint suprasti organizmo funkcionavim? ekstremaliomis s?lygomis, pavyzd?iui, Arktyje, kur nat?ral?s cirkadini? ritm? sinchronizacijos veiksniai neveikia poliarin?mis dienos ir nakties s?lygomis. Yra ?tikinam? ?rodym?, kad ilgai b?damas tokiomis s?lygomis ?mogus ?ymiai pakei?ia daugelio funkcij? cirkadin? ritm? (Moshkin, 1984). Dabar pripa??stame, kad ?is veiksnys gali reik?mingai paveikti ?moni? sveikat?, o ?inios apie cirkadini? ritm? molekulin? pagrind? tur?t? pad?ti nustatyti gen? variantus, kurie bus „naudingi“ dirbant poliarin?mis s?lygomis.

Ta?iau ?inios apie bioritmus svarbios ne tik poliariniams tyrin?tojams. Cirkadiniai ritmai veikia m?s? med?iag? apykait?, imunin?s sistemos veikl? ir u?degimus, kraujosp?d?, k?no temperat?r?, smegen? veikl? ir kt. Tam tikr? vaist? veiksmingumas ir j? ?alutinis poveikis priklauso nuo paros laiko. Esant priverstiniam vidinio ir i?orinio „laikrod?io“ neatitikimui (pavyzd?iui, d?l skryd?io pla?iose platumose ar darbo naktin?je pamainoje), galima pasteb?ti ?vairius organizmo veiklos sutrikimus – nuo vir?kinamojo trakto bei ?irdies ir kraujagysli? sistemos sutrikim? iki depresijos, kartu didinant rizik? susirgti v??iu.ligos.

Literat?ra

PITTENDRIGH C.S. Cirkadiniai ritmai ir gyv?j? sistem? cirkadin? organizacija.Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1960;25:159-84.

Wever, R. (1975). „Cirkadin? ?mogaus keli? osciliatori? sistema“. Int J Chronobiol. 3(1): 19–55.

Moshkin M.P. Nat?ralaus ap?vietimo re?imo ?taka poliarini? tyrin?toj? bioritmams // ?mogaus fiziologija. 1984, 10(1): 126-129.

Pareng? Tatjana Morozova

2017 met? Nobelio fiziologijos ar medicinos premijos laureatai. Tai buvo amerikie?i? tyrin?tojai Jeffrey Hall, Michael Rosbash ir Michael Young. Premija bus ?teikta „u? cirkadini? ritm? valdymo molekulini? mechanizm? atradim?“. Kokie yra ?ie ritmai ir kokie mechanizmai juos valdo? Kod?l tai taip svarbu?

- Art?ja naktis. Miestas u?miega, mafija pabunda.

Tai, kad gyv? b?tybi? aktyvumas priklauso nuo paros laiko, ?inoma jau ?imtme?ius. Visi ?ino, kad karv?s ganosi dien?, gaid?iai gieda ryte, o ka?iukai miegan?ius ?mones griebia u? kuln? antr? valand? nakties. Visose gyv? b?tybi? r??yse, nuo vienal?s?i? melsvabakteri? iki did?iuli? keli? ton? sverian?i? bangini? ir ?imtame?i? med?i?, aktyvumo periodai pakei?iami poilsio laikotarpiais, tam tikru paros metu i?siskiria tam tikri hormonai, lapai susilanksto ir i?siskleid?ia kaip. laikrod?io mechanizmas. Bet kas yra ?is laikrodis? Kokia j? prigimtis? Daug kopij? buvo sulau?yta per 300 met?, kai ?mon?s band? atsakyti ? ?iuos klausimus. ?iais metais Nobelio premija pelnytai skirta ?mon?ms, kurie padar? jei ne pabaig?, tai bent jau pary?kint? linij?, padalijusi? moksl? apie cirkadinius ritmus lemian?ius mechanizmus ? „prie?“ ir „po“.

Fonas

Logi?kiausias atsakymas ? klausim?, i? kur atsiranda ?i periodin? veikla, yra saul?s laikrodis. Kaip ir saul? kyla, „dienini?“ r??i? aktyvumas did?ja, o „naktini?“ r??i? aktyvumas ma??ja. Pagrindinis reguliatorius yra ap?vietimas, o kartu ir j? lydintys veiksniai – temperat?ros kilimas ir kritimas, v?jo krypties pasikeitimas ir viskas ta pa?ia kryptimi. ?i? paradigm? aktyviai naudojo senov?s rom?nai, kuri? diena prasid?davo saul?tekio vir? horizonto, o naktis – saul?lyd?io momentu. Kadangi ir diena, ir naktis susideda i? 12 valand?, valandos trukm? tarp rom?n? priklaus? ir nuo to, ar buvo naktis, ar diena, tiek nuo sezono.

Pirmasis, kuris patikrino, ar i?oriniai veiksniai tikrai lemia gyv? b?tybi? veikl?, XVIII am?iaus prad?ioje ?m?si pranc?z? astronomas Jeanas-Jacques'as de Mero. Kaip pavyzdin? organizm? jis naudojo mimoz?, kuri labai ai?kiai reaguoja ? dienos ir nakties kait? – dien? jos smulk?s gle?ni lapeliai yra atsukti ? saul?, o tamsoje sulenkiami ir nuleid?iami ?emyn. De Mero ?d?jo mimoz? ? tamsi? d??ut? ir su nuostaba steb?jo, kaip ma?daug savait? ji laiku susilanksto ir i?skleid?ia lapus, nepaisant ?viesos stimuliacijos nebuvimo (1 pav.). Remdamasis tuo, jis padar? prielaid?, kad ?io proceso ritmas nustatomas i? vidaus, o ne i? i?or?s.

1 pav. De Mero patirtis. Astronomas pasteb?jo, kad mimoza i?saugo galimyb? i?skleisti lapus ryte ir sulankstyti juos atgal nakt? net ir be saul?s spinduli?.

Kaip da?niausiai tokiais atvejais nutinka, naujasis rei?kinys kol kas buvo pamir?tas, o XX am?iaus prad?ioje atrastas i? naujo. Daug de?imtme?i? vyko kar?tos diskusijos tarp „vidinio laikrod?io“ ir „aplinkos veiksni?“ ideolog?, kol 1971 m. buvo paskelbtas Kalifornijos mokslinink? prover?is, kuriame jie parod?, kad cirkadiniai ritmai yra genetinio pob?d?io. Id?ja n?ra triviali, nes net „vidinio laikrod?io“ ?alininkai man?, kad jei jie yra genetinio pob?d?io, tada dalyvaujan?i? gen? skai?ius tur?t? b?ti labai didelis, o mutacijos ?iam bruo?ui reik?mingos ?takos netur?s.

Drosophila vaisin?s musel?s buvo naudojamos kaip modelis. Laikas buvo laukinis, stiprintuvai ir sekvenatoriai dar nebuvo i?rasti, o laboratorijose vietoj pipe?i? buvo akmeniniai kirviai. Eksperimentuotojai ant musi? kiau?in?li? u?pyl? mutagen?, sukeldami atsitiktini? gen? poky?ius. Ir pavyko i?gauti tris „ritmu“ skirtingas vaisini? museli? eilutes. Pirmoje eilut?je cirkadinis ritmas truko 28 valandas, antroji - 19 valand?, o tre?ioje eilut?je ritminiai parametrai da?niausiai visi?kai nesilaik? jokio pastebimo ciklo (2 pav.). Ilgai tyrin?dami klasikin?s genetikos metodus, mokslininkai sugeb?jo lokalizuoti viet?, atsaking? u? poky?ius. Paai?k?jo, kad tai genas lytin?je X chromosomoje, kuri buvo pavadinta laikotarp?. Tuo metu, nesant molekulini? metod?, buvo ne?manoma jud?ti toliau. Kas yra ?is genas ir kaip jis veikia, lieka paslaptis.

2 pav. Drosophila mutantai su sutrikdytais cirkadiniais ritmais.?vairios gen? mutacijos laikotarp? gali pakeisti cirkadinio ciklo trukm? auk?tyn arba ?emyn arba net visi?kai j? sunaikinti.

Kod?l buvo suteiktas Nobelis?

Devintojo de?imtme?io viduryje, kai akmeniniai kirviai jau nublanko ? antr? plan?, o pirmieji stiprintuvai nedr?siai ?sik?r? biolog? laboratorijose, JAV cirkadinio ritmo problem? nagrin?jo dvi grup?s. Pirmasis, kuriam vadovavo Jeffrey Hall ir Michaelas Rosbashas, dirbo Brandeis universitete Masa?usetse, antrasis, vadovaujamas Michaelo Youngo, Rokfelerio universitete Niujorke. Ma?daug tuo pa?iu metu ?ios grup?s sugeb?jo klonuoti gen? laikotarp?, sek? ir tyrin?kite jos sek?. Pirmieji duomenys apie geno sandar? ir jo koduojam? baltym? nedav? ai?kaus atsakymo apie jo veikimo mechanizmus, tod?l atsirado daug kuriozi?k? teorij?.

Vis? pirma nebuvo ai?ku, kokiu lygiu ?is genas veik?. Tada dauguma prielaid? buvo susijusios su jo produktu, vadinamu PER, su membraniniais baltymais, kurie arba reguliuoja bet kurios veikliosios med?iagos patekim? ? l?stel? i? i?or?s, arba kei?ia l?steli? tarpusavio s?veikos pob?d?. Viena buvo ai?ku – turi b?ti ka?koks osciliatorius su 24 valand? periodu ir jo darbas turi b?ti tiesiogiai susij?s su PER baltymu.

Ir ?is osciliatorius buvo rastas – kaip beb?t? keista, tai pasirod? pats PER baltymas. Hall ir Rosbash parod?, kad musi? neuronuose ?io baltymo koncentracija turi 24 valand? cikl?, o pikas yra apie vidurnakt?. Paai?k?jo, kad ?io baltymo mRNR veikia tas pats ciklas, ta?iau jo koncentracijos smail? pasislinko keliomis valandomis anks?iau, palyginti su baltymo smaile (da?niausiai tokios smail?s tur?t? sutapti). Tyr?jai gavo nes?moningus ?io baltymo mutantus (o mRNR sintetinama, bet baltymas ne) ir pamat?, kad periodiniai mRNR koncentracijos poky?iai i?nyksta. I? karto sek? i?vada – PER baltymas yra branduolinis transkripcijos moduliatorius ir blokuoja jo paties sintez? (3 pav. a).

3 pav. Osciliatorius, susidedantis i? baltym?, kurie neigiamai reguliuoja savo mRNR ekspresij?, veikia organizme. D?l i?si?akojusios teigiam? ir neigiam? reguliatori? sistemos osciliatorius turi ma?daug 24 valand? period? ir gali pritaikyti savo darb? prie dienos ?viesos poky?i?.

Remiantis ?ia i?vada, buvo pasi?lyta hipotez? TTFL (Transkripcijos ir vertimo gr??tamasis ry?ys- transkripcijos-vertimo gr??tamasis ry?ys). Remiantis ?ia hipoteze, cirkadinio ritmo osciliatorius susideda i? vieno ar daugiau baltym?, kurie kontroliuoja savo ekspresij? suma?indami transkripcij? ir (arba) transliacij?. Buvo ai?ku, kad vienas genas laikotarp? nesugeb?damas visi?kai sukurti cirkadinio ritmo, jam reikia partneri?.

?iuos partnerius atrado Michaelas Youngas. Jis nustat? gen?, kur? pavadino nesenstantis, kurio mRNR ir produktas (TIM baltymas) taip pat buvo veikiami 24 valand? svyravim?. Paai?k?jo, kad PER ir TIM baltymai gali patekti ? branduol? tik s?veikaudami vienas su kitu. Vienas be kito nepaj?gus dirbti, o juo labiau – be bendravimo jie akimirksniu sunaikinami proteasomoje. Kartu jie patenka ? branduol? ir blokuoja j? pa?i? rai?k? (3 pav.). a).

V?liau taip pat buvo rasti teigiami ?i? gen? ekspresijos reguliatoriai, kurie dar labiau apsunkino vaizd?. Taip pat buvo nustatyti ry?iai su aplinkos veiksniais. Tie, kurie keliaudami per?eng? daugyb? laiko juost?, ?ino, kad i? prad?i? organizmas negali prisitaikyti prie nauj? ?viesi?j? paros valand?, ta?iau po keli? dien? cirkadiniai ritmai sinchronizuojasi su realybe, gyvenimas v?l tampa gra?us, miegas – kietas.

Kaip paai?k?jo, toks nustatymas yra atsakingas u? vis? rinkin? reguliuojan?i? baltym?, kurie veikia t? pat? PER-TIM osciliatori? (3 pav. b). Pavyzd?iui, Youngas atrado CRY baltym?, kuris aktyvuojamas reaguojant ? padid?jusi? aplinkos ?vies?, suri?a TIM ir siun?ia j? suskaidyti. Taigi ankstyvas arba v?lyvas rytas kei?ia TIM smail?s charakteristikas, o tai savo ruo?tu kei?ia PER ekspresijos profil?. Po keli? dien? cirkadinis ritmas stabilizuojasi naujoje pad?tyje.

Visi ?ie duomenys ir s?kmingai patvirtintos hipotez?s labai pakeit? m?s? supratim? apie cirkadinius ritmus. Vidinio osciliatoriaus teorija buvo neabejotinai patvirtinta Hall, Rosbash ir Young pastangomis, u? kurias jie pelnytai gavo Nobelio premij?. Ta?iau ?ios ?domios srities tyrimai vis dar vyksta.

Ne tik mus?s...

Mus?s, ?inoma, yra gerai, bet kaip apie ?induolius apskritai ir konkre?iai ?mones? Apskritai viskas pasirod? pana?iai, bet puikiai detal?mis. ?induoli? cirkadiniai ritmai skirstomi ? centrinius ir periferinius. Centrinis reguliatorius yra suprachiazminis pagumburio branduolys smegenyse. Pasikeitus ap?vietimo ritmui, jis pirmasis pertvarko savo PER baltym? sistemos veiklos cikl?. ?io branduolio kontroliuojamas kankor??in?je liaukoje i?siskiria melatoninas (miego hormonas), per kur? jis reguliuoja cirkadin? ritm? kituose k?no audiniuose.

Paai?k?jo, kad daugelis fiziologini? l?steli? ir audini? funkcij? yra susietos su cirkadin?s kaskados baltymais (4 pav.). Pavyzd?iui, ryte kasos insulino atsakas ? angliavandeni? suvartojim? yra ry?kesnis nei vakare. Ir to net negalima paai?kinti naktiniu „bado streiku“ – gyv?nams, kuriems 24 valandas pastoviu grei?iu buvo ?virk??iama gliukoz?s ? krauj?, ryte buvo ?emiausias (ir did?iausias) insulino lygis. Pana?iai kei?iasi ir riebal? bei baltym? pasisavinimas. Taigi fitneso ?urnaluose paplit?s patarimas „nevalgyti po 18 met?“, pasirodo, turi fiziologin? pagrind?.

4 pav. Daugelis ?mogaus k?no funkcionavimo aspekt? priklauso nuo paros laiko ir yra valdomi cirkadinio ritmo.

Cirkadiniai ritmai paprastai veikia beveik visas m?s? fiziologijos sritis. M?s? veikla, beveik vis? pagrindini? hormon? lygis, ligos ir pan., priklauso nuo paros laiko. ?inoma, jau yra grupi?, kurios investuoja ? dotacijas sutrikusio cirkadinio ritmo ry?iui su v??iu, neurodegeneracin?mis ir ?irdies ir kraujagysli? ligomis bei kitomis ?domiomis temomis.

Cirkadinio ritmo ir sen?jimo ry?io tyrimai yra daug ?adantys. Yra ?inoma, kad suprachiazminis branduolys su am?iumi degraduoja ir senatv?je dirba ne taip reguliariai. Vyresnio am?iaus ?mon?s ?ymiai pras?iau prisitaiko prie besikei?ian?i? laiko juost?, blogiau toleruoja priverstin? budrum?, atsigauna miego metu. Grau?ik? atveju mokslininkai ?rod?, kad sutrikus cirkadinio ritmo genams, gerokai sutrump?ja j? gyvenimo trukm? ir, kas ?domu, anks?iau prasideda „senatvin?s“ ligos.

Tolimesnis vystymas

?iuo metu cirkadin? biologija vystosi pa??lusiu tempu. Farmakologinio poveikio cirkadiniams ritmams, ypa? tiems, kuriuos sutrikdo kelion?s, am?ius ar liga, tyrimo galimyb?s. Vaistin?se jau galima ?sigyti melatonino preparat? keliautojams.

2017 m. spalio 2 d., 17.08 val

2017 m. Nobelio fiziologijos ar medicinos premija: biologinio laikrod?io molekulinis mechanizmas

• Populiarusis mokslas,
• Biotechnologija,
• Geek sveikata

2017 m. spalio 2 d. Nobelio komitetas paskelb? 2017 m. Nobelio fiziologijos ir medicinos premijos laureat? vardus. 9 mln. SEK po lygiai pasidalins amerikie?i? biologai Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash ir Michael W. Young u? biologinio laikrod?io molekulinio mechanizmo atradim?, tai yra, be galo besisukant? cirkadin? organizm? gyvenimo ritm?, ?skaitant asmuo.

Per milijonus met? gyvyb? prisitaik? prie planetos sukimosi. Jau seniai ?inoma, kad turime vidin? biologin? laikrod?, kuris numato ir prisitaiko prie paros laiko. Vakare noriu u?migti, o ryte – pabusti. Hormonai ? krauj? i?siskiria grie?tai suplanuotai, o nuo paros laiko priklauso ir ?mogaus geb?jimai/elgesys – koordinacija, reakcijos greitis. Bet kaip veikia ?is vidinis laikrodis?

Biologinio laikrod?io atradimas priskiriamas pranc?z? astronomui Jeanui-Jacques'ui de Meranui, kuris XVIII am?iuje pasteb?jo, kad mimoz? lapai dien? atsiveria ? Saul?, o nakt? u?sidaro. Jis steb?josi, kaip augalas elgt?si, jei b?t? patalpintas visi?koje tamsoje. Paai?k?jo, kad net ir tamsoje mimoza laik?si plano – tarsi tur?jo vidin? laikrod?.

V?liau tokie bioritmai buvo rasti ir kituose augaluose, ir gyv?nuose, ir ?mon?ms. Beveik visi planetos gyvi organizmai reaguoja ? Saul?: cirkadinis ritmas yra glaud?iai ?trauktas ? ?emi?k? gyvenim?, ? visos planetos gyvyb?s metabolizm?. Ta?iau kaip ?is mechanizmas veikia, lieka paslaptis.

Nobelio premijos laureatai i?skyr? gen?, kuris kontroliuoja vaisini? museli? kasdien? biologin? ritm? (?mogus ir mus? turi daug bendr? gen? d?l bendr? prot?vi? buvimo). Pirm?j? atradim? jie padar? 1984 m. Atvirasis genas buvo pavadintas laikotarp?.

Gene laikotarp? koduoja PER baltym?, kuris kaupiasi l?stel?se nakt?, o dien? sunaikinamas. PER baltym? koncentracija kei?iasi 24 valand? tvarkara?tyje, atsi?velgiant ? cirkadin? ritm?.

Tada jie nustat? papildomus baltymo komponentus ir visi?kai atskleid? savaranki?k? cirkadinio ritmo tarpl?stelin? mechanizm? – ?ioje unikalioje reakcijoje PER baltymas blokuoja geno aktyvum?. laikotarp?, tai yra, PER blokuoja sav?s sintez?, bet per dien? palaipsniui sunaikinama (?r. diagram? auk??iau). Tai savaranki?kas be galo besisukantis mechanizmas. Tuo pa?iu principu jis veikia ir kituose daugial?s?iuose organizmuose.

Atradus gen?, atitinkam? baltym? ir bendr? vidinio laikrod?io mechanizm?, tr?ko dar keli? d?lion?s gabal?li?. Mokslininkai ?inojo, kad PER baltymas kaupiasi l?stel?s branduolyje nakt?. Jie taip pat ?inojo, kad atitinkama mRNR gaminama citoplazmoje. Buvo neai?ku, kaip baltymas i? citoplazmos patenka ? l?stel?s branduol?. 1994 metais Michaelas Youngas atrado dar vien? gen? nesenstantis, kuris koduoja TIM baltym?, kuris taip pat reikalingas normaliam vidinio laikrod?io funkcionavimui. Jis ?rod?, kad jei TIM prisijungia prie PER, tada baltym? pora gali prasiskverbti ? l?stel?s branduol?, kur blokuoja geno aktyvum?. laikotarp?, taip u?baigiant nesibaigiant? PER baltym? gamybos cikl?.

Paai?k?jo, kad ?is mechanizmas itin tiksliai pritaiko m?s? vidin? laikrod? prie paros laiko. Jis reguliuoja ?vairias svarbias k?no funkcijas, ?skaitant ?mogaus elges?, hormon? lyg?, mieg?, k?no temperat?r? ir med?iag? apykait?. ?mogus blogai jau?iasi, jei yra laikinas i?orini? s?lyg? ir jo vidinio biologinio laikrod?io neatitikimas, pavyzd?iui, keliaujant didelius atstumus skirtingomis laiko juostomis. Taip pat yra ?rodym?, kad l?tinis gyvenimo b?do ir vidinio laikrod?io disbalansas yra susij?s su padid?jusia ?vairi? lig?, ?skaitant diabet?, nutukim?, v??? ir ?irdies ir kraujagysli? ligas, rizika.

Michaelas Youngas v?liau nustat? kit? gen? dvigubas laikas, koduojant? DBT baltym?, kuris sul?tina PER baltymo kaupim?si l?stel?je ir leid?ia organizmui tiksliau prisitaikyti prie 24 valand? paros.

V?lesniais metais dabartiniai Nobelio premijos laureatai daugiau atskleid? kit? molekulini? komponent? dalyvavim? cirkadiniame ritme, jie rado papildom? baltym?, kurie dalyvauja gen? aktyvavime. laikotarp?, taip pat i?siai?kino mechanizmus, kaip ?viesa padeda sinchronizuoti biologin? laikrod? su i?orin?mis aplinkos s?lygomis.

I? kair?s ? de?in?: Michaelas Rosebashas, Michaelas Youngas, Geoffrey Hallas

Vidinio laikrod?io mechanizmo tyrimai toli gra?u nesibaig?. Mes ?inome tik pagrindines mechanizmo dalis. Cirkadin? biologija – vidinio laikrod?io ir cirkadinio ritmo tyrimas – atsirado kaip atskira, spar?iai besivystanti tyrim? sritis. Ir visa tai ?vyko trij? dabartini? Nobelio premijos laureat? d?ka.

Ekspertai jau kelet? met? diskutuoja, kokia Nobelio premija bus skiriama u? molekulin? cirkadini? ritm? mechanizm? – ir ?is ?vykis pagaliau ?vyko.

Stokholme paskelbti Nobelio fiziologijos ar medicinos premijos laureatai. ?? kart? prizas ?teiktas Jeffrey Hall, Michael Rosbash, Michael Young (Jeffrey Hall, Michael Rosbash, Michael Young) u? molekulini? mechanizm?, kuriais grind?iamas cirkadinis ritmas – kasdienius ?vairi? k?no parametr? svyravimus, b?dingus beveik visoms gyvoms b?tyb?ms, atradim?. . Nugal?tojo paskelbimas buvo tiesiogiai transliuojamas Nobelio komiteto svetain?je. Daugiau informacijos apie laureat? darbus rasite Nobelio komiteto prane?ime spaudai.

Mokslininkai savaranki?kai atrado vaisin? mus? Drosophila melanogaster genas ir baltymai laikotarp?, kurio koncentracija svyruoja 24 valand? da?niu ir lemia gyv?no „biologinio laikrod?io“ darb?.

Cirkadiniai ritmai (i? lotyni?k? ?od?i? apie ir diem, kuris apytiksliai ver?iamas kaip „per dien?“), kuris da?niau vadinamas biologiniu laikrod?iu, randamas bakterijose, grybuose, augaluose ir gyv?nuose ir yra biocheminis osciliatorius, t.y. reguliari virpesi? sistema. Biologinis laikrodis reguliuoja ne tik miego ir budrumo kait?, bet ir valgymo elges?, o ?induoli? kraujosp?d? ir hormon? (ypa? kortizolio ir melatonino) koncentracij?. Nepaisant savo „vidin?s“ prigimties, laikrod?io veikl? reguliuoja i?oriniai veiksniai, kuri? pagrindinis yra ?viesa.

Pirm? kart? cirkadin? ritm? sutrikdan?ias mutacijas (laikrod?io mutacijas) atrado Ronaldas Konopka ir Seymouras Benzeris – j? publikacija, apra?anti muses su sutrikdytu re?imu, buvo i?leista 1971 metais (abu tyrin?tojai jau mir?, apdovanojimas po mirties n?ra ?teikiamas) . Mokslininkai suteik? atitinkam? pavadinim? (laikotarp?) lokusui, kuriame buvo sutelktos mutacijos.

Nuodugnesnis biologinio laikrod?io tyrimas molekuliniu lygmeniu prasid?jo devintajame de?imtmetyje Rokfelerio universiteto Jaunojoje laboratorijoje ir Brandeis universitete, kur dirbo Hall ir Rosbash. Dabartiniai Nobelio premijos laureatai savaranki?kai nustat? geno koordinates laikotarp? ir jo nukleotid? seka.

Hallas ir Rooibachas sugeb?jo nustatyti geno produkt? laikotarp?- PER baltymai. ?is baltymas kaupiasi nakt?, o dien? suyra. PER baltym? koncentracijos svyravimai atitiko musi? cirkadin? ritm?. Paai?k?jo, kad PER reguliuoja savo geno ekspresij?, ta?iau tam reikia partnerio – geno koduoto TIM baltymo. nesenstantis. Michaelas Youngas savo darbe nustat? ?? gen? ir parod?, kaip PER ir TIM baltym? kompleksas patenka ? branduol? ir blokuoja geno veikl?. laikotarp?.

Tik per ateinan?ius 30 met? nuo geno identifikavimo laikotarp? ant Drosophila buvo aptikta de?imt gen?, kuri? darbas visi?kai lemia cirkadinius ritmus. ?e?i i? de?imties gen? buvo rasti Youngo laboratorijoje Rokfelerio universitete. Jie taip pat parod?, kad beveik septyni procentai Drosophila smegen? gen? yra i?reik?ti pagal cirkadinio ritmo svyravimus.

Nobelio komitetas i?rinko nugal?tojus i? 361 ?inomo mokslininko s?ra?o. ?urnalist? ir agent?ros „Clarivate Analytics“, kuri laim?tojus prognozuoja pagal j? mokslini? darb? citavimo indeks?, prognoz?mis, ?iemet premija gali b?ti ?teikta u? v??io vystymosi mechanizm? tyrim? arba u? imunin?s sistemos vystym?si. onkologija - atradimai, kurie leido sukurti vaistus v??iui gydyti antik?n? pagrindu. Ta?iau prognozuotojai v?l klydo. Tokios prognoz?s pagrindas buvo prielaida, kad Nobelio komitetas tur?t? kaitalioti prizus u? esminius atradimus su prizais u? praktinius pasiekimus.

Daria Spasskaya

2017 met? Nobelio fiziologijos ar medicinos premijos laureatai – amerikie?iai Michaelas Youngas, Jeffrey Hallas ir Michaelas Rosbashas – gavo apdovanojimus „u? molekulini? mechanizm?, valdan?i? cirkadin? ritm?, atradim?“.

Kartu su mokslo populiarinimo portalo „Pal?p?“ redaktoriais i?siai?kinome, kas tai yra mechanizmai, kaip jie veikia ir kod?l l?stel? turi ?inoti, kiek valand?.

Kas yra cirkadinis ritmas?

Daugiau nei keturis milijardus met?, kai ?em? gyvuoja, gyvyb?s s?lygos joje nuolat keit?si. Ta?iau vienas dalykas beveik visada i?liko nepakit?s – 24 valand? para, dienos ir nakties kaita, kuri? sukelia planetos sukimasis aplink savo a??. Per ?? laik? ?emi?koji gyvyb? prisitaik? prie saul?lyd?i? ir saul?teki? ir ?gijo savo vidin? laikrod?. ?ie cirkadiniai (i? lot. circa – „aplink, apie“ ir mir?ta – „diena“) ritmai negailestingai pavald?s daugeliui organizme vykstan?i? proces?: be miego ir b?dravimo, tai, pavyzd?iui, med?iag? apykaita, hormon? lygis, k?no temperat?ra. , ir netgi (netiesiogiai) elges?.

Daugelis tyrim? rodo, koks svarbus mums yra nat?ralus „vidinis laikrodis“. Pavyzd?iui, dirbtinai ilginamas ?viesus paros laikas gali sukelti nutukim? ir susijusias ligas (pvz., diabet?). Skirtingu paros metu organizmas ?vairiais b?dais yra imlus infekcijoms: biologinis gyv?n? laikrodis veikia virus? geb?jim? daugintis ir plisti. Net spalv? suvokimas gali b?ti siejamas su cirkadiniais ritmais – tai buvo parodyta pa?ios suknel?s pavyzdyje, d?l kurios internetas 2015 metais vos nesusipyko.

Kod?l apdovanojimas buvo ?teiktas 2017 m.

Aleksandra Pu?kova, Rusijos moksl? akademijos Auk?tojo nervinio aktyvumo ir neurofiziologijos instituto Miego ir budrumo neurobiologijos laboratorijos vyresnioji mokslo darbuotoja, sak?, kad 2017 met? laureatai vaisin?se musel?se atrado „l?stelin? laikrod?“. V?liau mokslininkai i?siai?kino, kad ?is laikrod?io mechanizmas yra gana universalus – pana?iai dienos ir nakties kaita fiksuojama genetiniame lygmenyje pas kitus gyv?nus ir ?mones.

Pirm? kart? genas, turintis ?takos cirkadiniam ritmui, buvo nustatytas a?tuntajame de?imtmetyje. Tada mokslininkai tai pavadino laikotarpiu . Du ?iandieniniai laureatai Geoffrey Hall ir Michael Rosbash sugeb?jo i?skirti ?? gen? 1984 m. Tada jie parod?, kad PER baltymas, koduojantis gen?, kaupiasi nakt?, o dien? sunaikinamas.

„[Laureatai] ant vaisini? museli? i?siai?kino, kad yra vienas genas. Tada paai?k?jo, kad ?i? gen? i? tikr?j? yra daug, jie vienas kit? reguliuoja, o jei pakei?iami, tai ?is laikotarpis gali tapti daugiau ar ma?iau nei 24 val. , o jei sulau?ysi, tai [ genas] visi?kai i?nyks. Ir tada jie su?inojo, kad ?mogus turi labai pana?? mechanizm? ... Jie parod?, kaip veikia visa ?i ma?ina “, - paai?kino Alexandra Puchkova.

Rusijos moksl? akademijos Karelijos mokslo centro Biologijos instituto Genetikos laboratorijos mokslinink? Irina Kurbatova nesistebi, kad apdovanojimas buvo skirtas b?tent u? ?iuos darbus – anot jos, tai itin perspektyvi sritis. moksliniai tyrimai, tiesiogiai susij? tiek su fundamentalia medicina, tiek su medicinos praktika.

Kas toliau?

?domu tai, kad Hall, Rosbash ir Young rastas „laikrodis“ veikia visose l?stel?se, kurios turi branduol?. Taip jie ?siki?a ? visus biologinius procesus, kurie domina nauj? mokslo srit? – chronobiologij?.

Chronobiologai kartu su somnologais (miego specialistais) ir kitais mokslininkais bando i?siai?kinti, kaip paveikti „vidinio laikrod?io“ perstatym?, kuris, pavyzd?iui, ?vyksta skrendant ? kit? laiko juost? arba dirbant naktin?je pamainoje. Kaip ai?kina mokslininkai, m?s? organizme esantis cheminis „laikrodis“ geba suvokti i?orinius signalus – pirmiausia ?vies?. Tai rei?kia, kad ?viesos terapijos pagalba bus galima gydyti depresij? ar sezonin? afektin? sutrikim?, kur? sukelia nenat?raliai trumpas dienos ?viesos laikas.

Be kita ko, cirkadiniai ritmai reguliuoja kraujosp?d?io ritm?, o sutrikus j? darbui, ?mogui padid?ja ?irdies ir kraujagysli? patologij? rizika.

Taigi Nobelio premijos laureat? studijos apibendrino visos medicinos srities teorin? pagrind?.