Nobelova cena za fyziol?giu a medic?nu v roku 2017 bola udelen? za objav g?nov, ktor? ur?uj? fungovanie biologick?ch hod?n, vn?trobunkov?ho mechanizmu, ktor? riadi cyklick? v?kyvy biologick?ch procesov spojen?ch so zmenou d?a a noci. Denn? alebo vlastn? v?etk?m ?iv?m organizmom, od sin?c po vy??ie ?ivo??chy.

Samozrejme, ka?d? vedeck? v?sledok, ktor? z?skal tak?to celosvetov? uznanie, je zalo?en? na ?spechoch svojich predchodcov. Prv?kr?t sa koncept biologick?ch hod?n objavil v 17. storo??, ke? franc?zsky astron?m Jean Jacques de Meran zistil, ?e denn? rytmus pohybu listov rastl?n nezmizne ani v tme: je pevne „naprogramovan?“. “, a nie v d?sledku p?sobenia okolia.

Od tohto momentu sa za?alo ?t?dium fenom?nu biologick?ch hod?n. Uk?zalo sa, ?e takmer vo v?etk?ch ?iv?ch organizmoch prebiehaj? cyklick? procesy s dennou alebo takmer dennou peri?dou. A aj pri absencii hlavn?ho vonkaj?ieho faktora synchroniz?cie - zmeny d?a a noci, organizmy na?alej ?ij? pod?a denn?ho rytmu, hoci obdobie tohto rytmu m??e by? dlh?ie / krat?ie ako d??ka d?a, v z?vislosti od individu?lnych charakterist?k.

Genetick? z?klad biologick?ch hod?n bol prv?kr?t stanoven? v 70. rokoch 20. storo?ia, ke? bol v ovocnej mu?ke objaven? g?n Per (z obdobia). Autori tohto objavu Seymour Benzer a jeho ?tudent Ronald Konopka z Kalifornsk?ho technologick?ho in?tit?tu uskuto?nili rozsiahly experiment, pri ktorom pracovali so stovkami laborat?rnych l?ni? m?ch z?skan?ch pomocou chemickej mutagen?zy. Vedci si v?imli, ?e pri rovnakej dobe osvetlenia u niektor?ch m?ch sa doba denn?ho rytmu sp?nku a bdenia bu? v?razne skr?tila (19 hod?n) alebo pred??ila (28 hod?n); okrem toho sa na?li "arytmiky" s ?plne asynchr?nnym cyklom. V snahe identifikova? g?ny, ktor? riadia cirkadi?nny rytmus ovocn?ch mu?iek, vedci uk?zali, ?e poruchy rytmu s? spojen? s mut?ciami v nezn?mom g?ne alebo skupine g?nov.

Bud?ci laure?ti Nobelovej ceny Hall, Rosbash a Young tak u? mali k dispoz?cii l?nie m?ch s geneticky podmienen?mi zmenami v obdob? sp?nku a bdenia. V roku 1984 t?to vedci izolovali a sekvenovali po?adovan? g?n Per a zistili, ?e hladina prote?nu, ktor? k?duje, sa men? ka?d? de?, vrchol? v noci a kles? po?as d?a.

Tento objav dal nov? impulz v?skumu, ktor?ho cie?om je pochopi?, pre?o mechanizmy cirkadi?nnych rytmov funguj? tak a nie inak, pre?o m??u ma? r?zni jedinci r?zne denn? peri?dy, no z?rove? sa uk?za? ako odoln? vo?i vonkaj??m faktory, ako je teplota (Pittendrich, 1960). Pr?ca vykonan? na cyanobakt?ri?ch (modro-zelen? riasy) teda uk?zala, ?e so zv??en?m teploty o 10 ?С sa denn? doba ich cyklick?ch metabolick?ch procesov men? iba o 10–15%, zatia? ?o pod?a z?konov chemickej kinetiky sa t?to zmena by mala by? takmer na poriadku! T?to skuto?nos? sa stala skuto?nou v?zvou, preto?e v?etky biochemick? reakcie sa musia riadi? pravidlami chemickej kinetiky.

Teraz sa vedci zhodli, ?e rytmus cyklick?ch procesov zost?va pomerne stabiln?, preto?e denn? cyklus je ur?en? viac ako jedn?m g?nom. V roku 1994 Young objavil u Drosophila g?n Tim, ktor? k?duje prote?n zapojen? do sp?tnov?zbovej regul?cie hladiny prote?nu PER. So zvy?uj?cou sa teplotou sa zvy?uje produkcia nielen prote?nov podie?aj?cich sa na tvorbe cirkadi?nneho cyklu, ale aj in?ch prote?nov, ktor? ho inhibuj?, v d?sledku ?oho sa pr?ca biologick?ch hod?n nestrat?.

U cicavcov bola objaven? cel? rodina cirkadi?nnych g?nov - Bmal1, Clock, Cry1-2, Per1-3, ktor?ch mechanizmus podlieha princ?pu sp?tnej v?zby. Prote?ny BMAL1 a CLOCK aktivuj? g?ny Per a Cry, ?o vedie k synt?ze prote?nov PER a CRY. Ke? sa tieto prote?ny stan? hojn?mi, za?n? potl??a? aktivitu BMAL1 a CLOCK, ??m sa zn??i ich synt?za. Ke? mno?stvo prote?nov PER a CRY klesne na ur?it? ?rove?, znovu sa aktivuj? BMAL1 a CLOCK. Cyklus pokra?uje

Z?kladn? mechanizmy cirkadi?nnych rytmov boli doteraz dostato?ne pre?tudovan?, aj ke? mnoh? detaily zostali nevysvetlen?. Nie je teda jasn?, ako m??e v jednom organizme s??asne koexistova? nieko?ko „hodiniek“: ako sa realizuj? procesy prebiehaj?ce v r?znych obdobiach? Napr?klad pri pokusoch, kde ?udia ?ili vo vn?tri alebo v jaskyni bez toho, aby dost?vali inform?cie o zmene d?a a noci, ich telesn? teplota, sekr?cia steroidn?ch horm?nov a ?al?ie fyziologick? parametre sa cyklovali s peri?dou asi 25 hod?n. peri?dy sp?nku a bdenia sa m??u meni? od 15 do 60 hod?n (Wever, 1975).

?t?dium cirkadi?nnych rytmov je d?le?it? aj pre pochopenie fungovania tela v extr?mnych podmienkach, napr?klad v Arkt?de, kde prirodzen? faktory synchroniz?cie cirkadi?nnych rytmov nep?sobia v pol?rnych podmienkach d?a a noci. Existuj? presved?iv? d?kazy, ?e po?as dlhodob?ho pobytu v tak?chto podmienkach ?lovek v?razne men? cirkadi?nne rytmy mno?stva funkci? (Moshkin, 1984). Teraz si uvedomujeme, ?e tento faktor m??e v?znamne ovplyvni? ?udsk? zdravie a znalos? molekul?rneho z?kladu cirkadi?nnych rytmov by mala pom?c? pri identifik?cii g?nov?ch variantov, ktor? bud? „u?ito?n?“ pri pr?ci v pol?rnych podmienkach.

Vedomosti o biorytmoch s? ale d?le?it? nielen pre pol?rnikov. Cirkadi?nne rytmy ovplyv?uj? n?? metabolizmus, funkciu imunitn?ho syst?mu a z?paly, krvn? tlak, telesn? teplotu, funkciu mozgu a ?al?ie. ??innos? ur?it?ch liekov a ich ved?aj?ie ??inky z?visia od dennej doby. S vyn?ten?m nes?ladom medzi vn?torn?mi a vonkaj??mi „hodinami“ (napr?klad v d?sledku letu v ?irokej ??rke alebo pr?ce na no?n? zmeny) mo?no pozorova? r?zne telesn? dysfunkcie, od por?ch gastrointestin?lneho traktu a kardiovaskul?rneho syst?mu a? po depresiu, pri?om z?rove? zvy?uje riziko vzniku rakoviny.choroby.

Literat?ra

PITTENDRIGH C.S. Cirkadi?nne rytmy a cirkadi?nna organiz?cia ?iv?ch syst?mov. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1960;25:159-84.

Wever, R. (1975). „Cirkadi?nny multi-oscil?torov? syst?m ?loveka“. Int J Chronobiol. 3(1): 19-55.

Moshkin M.P. Vplyv prirodzen?ho sveteln?ho re?imu na biorytmy pol?rnych prieskumn?kov // Fyziol?gia ?loveka. 1984, 10(1): 126-129.

Pripravila Tatyana Morozov?

Laure?ti Nobelovej ceny za fyziol?giu a medic?nu za rok 2017. Boli to americk? v?skumn?ci Jeffrey Hall, Michael Rosbash a Michael Young. Cena bude udelen? „za objav molekul?rnych mechanizmov na kontrolu cirkadi?nnych rytmov“. Ak? s? tieto rytmy a ak? mechanizmy ich riadia? Pre?o je to tak? d?le?it??

- Prich?dza noc. Mesto zasp?va, mafia sa preb?dza.

Skuto?nos?, ?e aktivita ?iv?ch bytost? z?vis? od dennej doby, je zn?ma u? po st?ro?ia. Ka?d? vie, ?e kravy sa pas? cez de?, koh?ty kikir?kaj? r?no a ma?iatka chytaj? spiacich ?ud? za p?ty o druhej v noci. V ka?dom druhu ?iv?ch tvorov, od jednobunkov?ch sin?c a? po obrovsk? mnohotonov? ve?ryby a storo?n? stromy, s? obdobia aktivity nahraden? obdobiami odpo?inku, v ur?it?ch obdobiach d?a sa uvo??uj? ur?it? horm?ny, listy sa skladaj? a rozv?jaj? ako hodinov? stroj?ek. Ale ?o s? tieto hodinky? Ak? je ich povaha? Za 300 rokov, ?o sa ?udia sna?ili odpoveda? na tieto ot?zky, bolo rozbit?ch ve?a k?pi?. Nobelova cena bola tento rok zasl??ene udelen? ?u?om, ktor? urobili, ak nie koniec, tak aspo? odv??nu ?iaru, ktor? rozdelila vedu o mechanizmoch, ktor? ur?uj? cirkadi?nne rytmy na „pred“ a „po“.

Pozadie

Najlogickej?ou odpove?ou na ot?zku, odkia? t?to periodick? aktivita poch?dza, s? slne?n? hodiny. Ako, slnko vych?dza, aktivita „denn?ch“ druhov sa zvy?uje a „no?n?ch“ druhov kles?. Hlavn?m regul?torom je osvetlenie, ako aj faktory, ktor? ho sprev?dzaj? - n?rast a pokles teploty, zmena smeru vetra a to v?etko v rovnakom duchu. T?to paradigmu akt?vne pou??vali star? Rimania, ktor?ch de? sa za?al v okamihu v?chodu slnka nad obzorom a noc - v okamihu z?padu slnka. Ke??e de? aj noc pozost?vali z 12 hod?n, d??ka hodiny u Rimanov z?visela od toho, ?i bola noc alebo de?, a od ro?n?ho obdobia.

Prv?m, kto overil, ?i vonkaj?ie faktory skuto?ne ur?uj? aktivitu ?iv?ch bytost?, bol franc?zsky astron?m Jean-Jacques de Mero na za?iatku 18. storo?ia. Ako vzorov? organizmus pou?il mim?zu, ktor? ve?mi zrete?ne reaguje na zmenu d?a a noci – cez de? s? jej drobn? jemn? l?stky oto?en? k slnku, v tme s? zlo?en? a spusten?. De Mero umiestnil mim?zu do tmavej ?katule a s prekvapen?m pozoroval, ako asi t??de? zlo?ila a rozvinula listy v?as napriek absencii svetelnej stimul?cie (obr. 1). Na z?klade toho urobil predpoklad, ?e rytmus tohto procesu je nastaven? zvn?tra, a nie zvonku.

Obr?zok 1. Sk?senosti De Mero. Astron?m si v?imol, ?e mim?za si zachov?va schopnos? r?no rozvin?? listy a v noci ich zlo?i? sp?? aj bez vystavenia slne?n?mu ?iareniu.

Ako to v tak?chto pr?padoch b?va, nov? fenom?n bol nateraz zabudnut? a znovuobjaven? za?iatkom 20. storo?ia. Po mnoho desa?ro?? prebiehali b?rliv? debaty medzi ideol?gmi „vn?torn?ch hod?n“ a „faktorov ?ivotn?ho prostredia“, a? k?m v roku 1971 nebol publikovan? prelomov? dokument kalifornsk?ch vedcov, v ktorom uk?zali, ?e cirkadi?nne rytmy s? genetickej povahy. My?lienka nie je trivi?lna, preto?e aj priaznivci „vn?torn?ch hod?n“ verili, ?e ak by boli genetickej povahy, po?et zahrnut?ch g?nov by mal by? ve?mi ve?k? a t?to vlastnos? by nebola v?znamne ovplyvnen? mut?ciami.

Ako model boli pou?it? ovocn? mu?ky Drosophila. Doba bola divok?, e?te neboli vyn?jden? zosil?ova?e a sekvencery a namiesto pipiet v laborat?ri?ch boli kamenn? sekery. Experiment?tori naliali mutag?ny na vajcia m?ch, ?o sp?sobilo zmeny v n?hodn?ch g?noch. A podarilo sa im z?ska? tri rady ovocn?ch mu?iek rozdielnych v „rytme“. Prv? l?nia mala cirkadi?nny rytmus trvaj?ci 28 hod?n, druh? - 19 hod?n a v tretej l?nii rytmick? parametre zvy?ajne v?bec nesledovali ?iadny n?padn? cyklus (obr. 2). Dlh?m v?skumom pomocou met?d klasickej genetiky sa vedcom podarilo lokalizova? miesto zodpovedn? za zmeny. Uk?zalo sa, ?e ide o g?n na pohlavnom X chromoz?me, ktor? bol pomenovan? obdobie. V tom ?ase sa pri absencii molekul?rnych met?d nedalo pohn?? ?alej. ?o je tento g?n a ako funguje, zost?va z?hadou.

Obr?zok 2. Mutanty Drosophila s naru?en?m cirkadi?nnym rytmom. R?zne mut?cie v gen obdobie m??e zmeni? trvanie cirkadi?nneho cyklu nahor alebo nadol, alebo ho dokonca ?plne zni?i?.

Pre?o bola udelen? Nobelova cena?

V polovici 80. rokov, ke? u? kamenn? sekery ust?pili do pozadia a prv? zosil?ova?e sa nesmelo us?dzali v laborat?ri?ch biol?gov, v USA sa probl?mom cirkadi?nnych rytmov zaoberali dve skupiny. Prv? pod veden?m Jeffreyho Halla a Michaela Rosbasha p?sobil na Brandeis University v Massachusetts, druh? pod veden?m Michaela Younga na Rockefellerovej univerzite v New Yorku. Pribli?ne v rovnakom ?ase boli tieto skupiny schopn? klonova? g?n obdobie, sledujte a ?tudujte jeho postupnos?. Prv? ?daje o ?trukt?re g?nu a prote?nu, ktor? k?duje, nedali jasn? odpove? o mechanizmoch jeho pr?ce, ?o viedlo k vzniku mnoh?ch kuri?znych te?ri?.

Predov?etk?m nebolo jasn?, na akej ?rovni tento g?n p?sobil. V???ina predpokladov, ktor? potom vznikli, sa t?kala jeho produktu, naz?van?ho PER, membr?nov?ch prote?nov, ktor? bu? reguluj? pr?stup akejko?vek ??innej l?tky zvonku do bunky, alebo menia povahu vz?jomn?ho p?sobenia buniek. Jedna vec bola jasn? - mus? existova? nejak? oscil?tor s peri?dou 24 hod?n a jeho pr?ca mus? priamo s?visie? s prote?nom PER.

A tento oscil?tor bol n?jden? - uk?zalo sa, ?e je to, napodiv, samotn? prote?n PER. Hall a Rosbash uk?zali, ?e v mu??ch neur?noch m? koncentr?cia tohto prote?nu 24-hodinov? cyklus s vrcholom okolo polnoci. Uk?zalo sa, ?e mRNA tohto prote?nu podlieha rovnak?mu cyklu, av?ak vrchol jeho koncentr?cie sa uk?zal by? posunut? o nieko?ko hod?n sk?r vo vz?ahu k vrcholu prote?nu (zvy?ajne by sa tak?to vrcholy mali zhodova?). V?skumn?ci z?skali nezmyseln? mutanty pre tento prote?n (zatia? ?o mRNA sa syntetizuje, ale prote?n nie) a videli, ?e pravideln? zmeny koncentr?cie mRNA mizn?. Hne? nasledoval z?ver – prote?n PER je jadrov? modul?tor transkripcie a blokuje vlastn? synt?zu (obr. 3 a).

Obr?zok 3. V tele p?sob? oscil?tor pozost?vaj?ci z prote?nov, ktor? negat?vne reguluj? expresiu vlastnej mRNA. V?aka rozvetven?mu syst?mu kladn?ch a z?porn?ch regul?torov m? oscil?tor peri?du pribli?ne 24 hod?n a svoju pr?cu dok??e prisp?sobi? zmen?m denn?ch hod?n.

Na z?klade tohto z?veru bola navrhnut? hypot?za TTFL (Slu?ka sp?tnej v?zby prepisu a prekladu- transkrip?no-transla?n? sp?tn? v?zba). Pod?a tejto hypot?zy oscil?tor cirkadi?nneho rytmu pozost?va z jedn?ho alebo viacer?ch prote?nov, ktor? riadia svoju vlastn? expresiu zn??en?m transkripcie a/alebo transl?cie. Bolo jasn?, ?e jeden g?n obdobie nedok??e ?plne vybudova? cirkadi?nny rytmus, potrebuje partnerov.

T?chto partnerov objavil Michael Young. Identifikoval g?n, ktor? pomenoval nad?asov?, ktor?ho mRNA a produkt (prote?n TIM) boli tie? vystaven? 24-hodinov?m oscil?ci?m. Uk?zalo sa, ?e prote?ny PER a TIM m??u vst?pi? do jadra iba po vz?jomnej interakcii. Jeden bez druh?ho nie je schopn? fungova?, ba ?o viac - bez komunik?cie s? okam?ite zni?en? v proteaz?me. Spolo?ne vstupuj? do jadra a blokuj? svoj vlastn? prejav (obr. 3 a).

N?sledne sa na?li aj pozit?vne regul?tory expresie t?chto g?nov, ?o obraz e?te viac skomplikovalo. Identifikovali sa aj vz?ahy s environment?lnymi faktormi. T?, ktor? po?as cestovania prekro?ili mnoho ?asov?ch p?siem, vedia, ?e telo sa najsk?r nedok??e prisp?sobi? nov?mu denn?mu svetlu, no po nieko?k?ch d?och sa cirkadi?nne rytmy zosynchronizuj? s realitou a ?ivot sa op?? st?va kr?snym a sp?nok je zdrav?.

Ako sa uk?zalo, tak?to nastavenie je zodpovedn? za cel? s?bor regula?n?ch prote?nov, ktor? ovplyv?uj? rovnak? PER-TIM oscil?tor (obr. 3 b). Young napr?klad objavil prote?n CRY, ktor? sa aktivuje v reakcii na zv??en? okolit? svetlo, via?e TIM a posiela ho na degrad?ciu. Skor? alebo neskor? r?no teda men? charakteristiky vrcholu TIM, ?o zase men? profil expresie PER. Po nieko?k?ch d?och sa cirkadi?nny rytmus stabilizuje v novej polohe.

V?etky tieto ?daje a ?spe?ne potvrden? hypot?zy dos? zmenili na?e ch?panie cirkadi?nnych rytmov. Te?ria vn?torn?ho oscil?tora bola jednozna?ne potvrden? v?aka ?siliu Halla, Rosbasha a Younga, za ?o zasl??ene dostali Nobelovu cenu. V?skum v tejto zauj?mavej oblasti v?ak st?le prebieha.

Nielen muchy...

Muchy s?, samozrejme, dobr?, ale ?o cicavce vo v?eobecnosti a ?udia zvl???? V?etko sa uk?zalo by? vo v?eobecnosti podobn?, ale v detailoch vynikaj?ce. Cirkadi?nne rytmy u cicavcov s? rozdelen? na centr?lne a perif?rne. Centr?lnym regul?torom je suprachiazmatick? jadro hypotalamu v mozgu. Ke? sa zmen? rytmus osvetlenia, je prv?m, kto preusporiada svoj cyklus aktivity prote?nov?ho syst?mu PER. Pod kontrolou tohto jadra sa v epif?ze uvo??uje melaton?n (horm?n sp?nku), prostredn?ctvom ktor?ho reguluje cirkadi?nne rytmy v in?ch tkaniv?ch tela.

Uk?zalo sa, ?e mnoh? fyziologick? funkcie buniek a tkan?v s? viazan? na prote?ny cirkadi?nnej kask?dy (obr. 4). Napr?klad r?no je inzul?nov? odpove? pankreasu na pr?jem sacharidov v?raznej?ia ako ve?er. A to sa ned? vysvetli? ani no?nou „hladovkou“ – zvierat?, ktor?m bola injek?ne podan? gluk?za do krvi 24 hod?n kon?tantnou r?chlos?ou, mali najni??iu hladinu (a najvy??iu hladinu inzul?nu) r?no. Podobne sa men? aj vstreb?vanie tukov a bielkov?n. Preto sa ukazuje, ?e rada „nejes? po 18“, tak? be?n? vo fitness ?asopisoch, m? svoje fyziologick? opodstatnenie.

Obr?zok 4. Mnoh? aspekty fungovania ?udsk?ho tela z?visia od dennej doby a s? riaden? cirkadi?nnymi rytmami.

Cirkadi?nne rytmy vo v?eobecnosti ovplyv?uj? takmer ka?d? oblas? na?ej fyziol?gie. Na?a v?konnos?, hladiny takmer v?etk?ch hlavn?ch horm?nov, choroby at?. z?visia od dennej doby. Samozrejme, u? existuj? skupiny, ktor? investuj? do grantov na vz?ah medzi naru?en?m cirkadi?nnym rytmom a rakovinou, neurodegenerat?vnymi a kardiovaskul?rnymi ochoreniami a ?al??mi zauj?mav?mi t?mami.

?t?die vz?ahu medzi cirkadi?nnymi rytmami a starnut?m s? ve?mi s?ubn?. Je zn?me, ?e suprachiazmatick? jadro vekom degraduje a v starobe pracuje menej pravidelne. Star?? ?udia sa v?razne hor?ie adaptuj? na zmenu ?asov?ch p?siem, hor?ie zn??aj? n?ten? bdenie a zotavuj? sa po?as sp?nku. U hlodavcov vedci uk?zali, ?e naru?enie g?nov cirkadi?nneho rytmu vedie k v?razn?mu skr?teniu ich d??ky ?ivota a ?o je zauj?mav?, k skor?iemu n?stupu „stareck?ch“ chor?b.

?al?? v?voj

V s??asnosti sa cirkadi?nna biol?gia vyv?ja zbesil?m tempom. Mo?nosti ?t?die farmakologick?ch ??inkov na cirkadi?nne rytmy, najm? tie, ktor? s? naru?en? cestovan?m, vekom alebo chorobou. V lek?r?ach sa u? daj? k?pi? melaton?nov? pr?pravky pre cestovate?ov.

2. okt?bra 2017 o 17:08 hod

Nobelova cena za fyziol?giu alebo medic?nu za rok 2017: Molekul?rny mechanizmus biologick?ch hod?n

• popul?rna veda,
• biotechnol?gia,
• Geek zdravie

2. okt?bra 2017 Nobelov v?bor ozn?mil men? laure?tov Nobelovej ceny za rok 2017 za fyziol?giu a medic?nu. 9 mili?nov SEK si rovn?m dielom rozdelia americk? biol?govia Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash a Michael W. Young za objav molekul?rneho mechanizmu biologick?ch hod?n, teda nekone?ne sa opakuj?ceho cirkadi?nneho rytmu ?ivota organizmov, vr?tane osoba.

Po?as mili?nov rokov sa ?ivot prisp?sobil rot?cii plan?ty. U? dlho je zn?me, ?e m?me vn?torn? biologick? hodiny, ktor? predv?daj? a prisp?sobuj? sa dennej dobe. Ve?er chcem zaspa? a r?no sa chcem zobudi?. Horm?ny sa do krvi uvo??uj? na pr?sne napl?novanom z?klade a od dennej doby z?visia aj schopnosti / spr?vanie ?loveka – koordin?cia, r?chlos? reakcie. Ako v?ak tieto vn?torn? hodiny funguj??

Objav biologick?ch hod?n sa pripisuje franc?zskemu astron?movi Jeanovi-Jacquesovi de Meranovi, ktor? si v 18. storo?? v?imol, ?e listy mim?zy sa cez de? otv?raj? smerom k Slnku a v noci sa zatv?raj?. Zauj?malo ho, ako by sa rastlina spr?vala, keby bola umiestnen? v ?plnej tme. Uk?zalo sa, ?e aj v tme sa mim?za dr?ala pl?nu - akoby mala vn?torn? hodiny.

Nesk?r sa tak?to biorytmy na?li aj u in?ch rastl?n, zvierat a ?ud?. Takmer v?etky ?iv? organizmy na plan?te reaguj? na Slnko: cirkadi?nny rytmus je pevne zabudovan? do pozemsk?ho ?ivota, do metabolizmu v?etk?ho ?ivota na plan?te. Ale ako tento mechanizmus funguje, zost?va z?hadou.

Laure?ti Nobelovej ceny izolovali g?n, ktor? riadi denn? biologick? rytmus ovocn?ch mu?iek (?lovek a mucha maj? ve?a spolo?n?ch g?nov v?aka pr?tomnosti spolo?n?ch predkov). Prv? objav urobili v roku 1984. Otvoren? g?n bol pomenovan? obdobie.

Gene obdobie k?duje prote?n PER, ktor? sa v noci hromad? v bunk?ch a cez de? sa ni??. Koncentr?cia prote?nu PER sa men? v 24-hodinovom rozvrhu v s?lade s cirkadi?nnym rytmom.

Potom identifikovali ?al?ie zlo?ky prote?nu a plne odhalili sebesta?n? vn?trobunkov? mechanizmus cirkadi?nneho rytmu - v tejto jedine?nej reakcii prote?n PER blokuje aktivitu g?nu obdobie, to znamen?, ?e PER blokuje vlastn? synt?zu, ale po?as d?a sa postupne ni?? (pozri diagram vy??ie). Je to sebesta?n? mechanizmus s nekone?nou slu?kou. Na rovnakom princ?pe funguje aj v in?ch mnohobunkov?ch organizmoch.

Po objaven? g?nu, zodpovedaj?ceho prote?nu a v?eobecn?ho mechanizmu vn?torn?ch hod?n ch?balo e?te nieko?ko k?skov sklada?ky. Vedci vedeli, ?e prote?n PER sa v noci hromad? v bunkovom jadre. Vedeli tie?, ?e zodpovedaj?ca mRNA sa produkuje v cytoplazme. Nebolo jasn?, ako sa prote?n dostane z cytoplazmy do bunkov?ho jadra. V roku 1994 objavil Michael Young ?al?? g?n nad?asov?, ktor? k?duje prote?n TIM, ktor? je tie? potrebn? pre norm?lne fungovanie vn?torn?ch hod?n. Dok?zal, ?e ak sa TIM spoj? s PER, potom je p?r prote?nov schopn? infiltrova? bunkov? jadro, kde blokuje aktivitu g?nu obdobie, ??m sa dokon?? nekone?n? cyklus produkcie prote?nov PER.

Uk?zalo sa, ?e tento mechanizmus s vynikaj?cou presnos?ou prisp?sobuje na?e vn?torn? hodiny dennej dobe. Reguluje r?zne kritick? telesn? funkcie, vr?tane ?udsk?ho spr?vania, hladiny horm?nov, sp?nku, telesnej teploty a metabolizmu. ?lovek sa c?ti zle, ak d?jde k do?asn?mu nes?ladu medzi vonkaj??mi podmienkami a jeho vn?torn?mi biologick?mi hodinami, napr?klad pri cestovan? na ve?k? vzdialenosti v r?znych ?asov?ch p?smach. Existuj? tie? d?kazy, ?e chronick? nerovnov?ha medzi ?ivotn?m ?t?lom a vn?torn?mi hodinami je spojen? so zv??en?m rizikom r?znych chor?b vr?tane cukrovky, obezity, rakoviny a kardiovaskul?rnych chor?b.

Michael Young nesk?r identifikoval ?al?? g?n dvojn?sobn? ?as, k?duj?ci prote?n DBT, ktor? spoma?uje akumul?ciu prote?nu PER v bunke a umo??uje telu presnej?ie sa prisp?sobi? 24-hodinov?mu d?u.

V nasleduj?cich rokoch s??asn? laure?ti Nobelovej ceny vrhli viac svetla na ??as? in?ch molekul?rnych zlo?iek v cirkadi?nnom rytme, na?li ?al?ie prote?ny, ktor? sa podie?aj? na aktiv?cii g?nov. obdobie a tie? zistili mechanizmy, ako svetlo pom?ha synchronizova? biologick? hodiny s vonkaj??mi podmienkami prostredia.

Z?ava doprava: Michael Rosebash, Michael Young, Geoffrey Hall

V?skum mechanizmu vn?torn?ch hod?n ani z?aleka nekon??. Pozn?me len z?kladn? ?asti mechanizmu. Cirkadi?nna biol?gia - ?t?dium vn?torn?ch hod?n a cirkadi?nneho rytmu - sa objavila ako samostatn?, r?chlo sa rozv?jaj?ca oblas? v?skumu. A v?etko sa to stalo v?aka trom aktu?lnym nosite?om Nobelovej ceny.

Odborn?ci u? nieko?ko rokov diskutovali o tom, ak? bude udelen? Nobelova cena za molekul?rny mechanizmus cirkadi?nnych rytmov – a t?to udalos? sa napokon stala.

V ?tokholme vyhl?sili laure?tov Nobelovej ceny za fyziol?giu a medic?nu. Tentoraz bola cena udelen? Jeffreymu Hallovi, Michaelovi Rosbashovi, Michaelovi Youngovi (Jeffrey Hall, Michael Rosbash, Michael Young) za objav molekul?rnych mechanizmov, ktor? s? z?kladom cirkadi?nnych rytmov – denn?ch fluktu?ci? r?znych telesn?ch parametrov, ktor? s? charakteristick? takmer pre v?etky ?iv? bytosti. . Vyhl?senie v??aza na?ivo odvysiela webov? str?nka Nobelovho v?boru. Viac inform?ci? o pr?ci laure?tov n?jdete v tla?ovej spr?ve Nobelovho v?boru.

V?skumn?ci nez?visle objavili na ovocnej mu?ke Drosophila melanogaster g?n a prote?n obdobie, ktor?ho koncentr?cia kol??e s frekvenciou 24 hod?n a ur?uje pr?cu "biologick?ch hod?n" zviera?a.

Cirkadi?nne rytmy (z latinsk?ch slov cca a diem, ?o sa zhruba preklad? ako „cez de?“), ktor? sa ?astej?ie naz?vaj? biologick? hodiny, sa nach?dzaj? v bakt?ri?ch, hub?ch, rastlin?ch a ?ivo??choch a ide o biochemick? oscil?tor, t.j. pravideln? oscila?n? syst?m. Biologick? hodiny reguluj? nielen striedanie sp?nku a bdenia, ale aj stravovacie n?vyky, u cicavcov krvn? tlak a koncentr?ciu horm?nov (najm? kortizolu a melaton?nu). Napriek ich "vn?torn?mu" charakteru je ?innos? hod?n regulovan? vonkaj??mi faktormi, z ktor?ch hlavn?m je svetlo.

Mut?cie nar??aj?ce cirkadi?nne rytmy (hodinov? mut?cie) prv?kr?t objavili Ronald Konopka a Seymour Benzer – ich publik?cia popisuj?ca muchy s naru?en?m re?imom vy?la v roku 1971 (obaja v?skumn?ci u? zomreli a cena sa neude?uje posmrtne) . Vedci dali pr?slu?n? n?zov (obdobie) lokusu, v ktorom sa koncentrovali mut?cie.

D?kladnej?ie ?t?dium biologick?ch hod?n na molekul?rnej ?rovni sa za?alo v 80. rokoch minul?ho storo?ia v Young Laboratory na Rockefellerovej univerzite a na Brandeis University, kde pracovali Hall a Rosbash. S??asn? nositelia Nobelovej ceny nez?visle ur?ili s?radnice g?nu obdobie a jeho nukleotidovej sekvencie.

Hall a Rooibach dok?zali identifikova? g?nov? produkt obdobie- PER prote?n. Tento prote?n sa hromad? v noci a degraduje po?as d?a. Kol?sanie koncentr?cie prote?nu PER zodpovedalo cirkadi?nnym rytmom m?ch. Uk?zalo sa, ?e PER reguluje expresiu vlastn?ho g?nu, ale na to potrebuje partnera - prote?n TIM k?dovan? g?nom nad?asov?. Michael Young identifikoval tento g?n vo svojej pr?ci a uk?zal, ako komplex prote?nov PER a TIM vstupuje do jadra a blokuje aktivitu g?nu obdobie.

Len za ?al??ch 30 rokov od identifik?cie g?nu obdobie na Drosophile bolo objaven?ch desa? g?nov, ktor?ch pr?ca ?plne ur?uje cirkadi?nne rytmy. ?es? z desiatich g?nov bolo n?jden?ch v Youngovom laborat?riu na Rockefellerovej univerzite. Tie? uk?zali, ?e takmer sedem percent g?nov v mozgu Drosophila sa prejavuje pod?a kol?sania cirkadi?nneho rytmu.

Nobelov v?bor vybral v??azov zo zoznamu 361 v?znamn?ch vedcov. Pod?a progn?z novin?rov a agent?ry Clarivate Analytics, ktor? tipuje v??azov na z?klade cita?n?ho indexu ich vedeck?ch pr?c, by tento rok mohla by? cena udelen? za ?t?dium mechanizmov vzniku rakoviny, pr?padne za v?voj v oblasti imuno- onkol?gia - objavy, ktor? umo?nili vytvori? lieky na lie?bu rakoviny na b?ze protil?tok. Prediktori sa v?ak op?? m?lili. Z?kladom takejto progn?zy bol predpoklad, ?e Nobelov v?bor by mal strieda? ceny za z?sadn? objavy s cenami za praktick? v?voj.

Daria Spasskaya

Laure?ti Nobelovej ceny za fyziol?giu a medic?nu za rok 2017 – Ameri?ania Michael Young, Jeffrey Hall a Michael Rosbash – dostali ocenenia „za objav molekul?rnych mechanizmov, ktor? riadia cirkadi?nny rytmus“.

Spolu s redaktormi popul?rno-vedeck?ho port?lu „Attic“ sme pri?li na to, ak? s? tieto mechanizmy, ako funguj? a pre?o bunka potrebuje vedie?, ko?ko je hod?n.

?o je cirkadi?nny rytmus?

Za viac ako ?tyri miliardy rokov existencie Zeme sa podmienky ?ivota na nej neust?le menili. Jedna vec v?ak takmer v?dy zostala nezmenen? – 24-hodinov? de?, zmena d?a a noci, sp?soben? rot?ciou plan?ty okolo svojej osi. Po?as tejto doby sa pozemsk? ?ivot prisp?sobil z?padom a v?chodom slnka a z?skal svoje vn?torn? hodiny. Tieto cirkadi?nne (z lat. circa – „okolo, okolo“ a dies – „de?“) s? nemilosrdne podriaden? mnoh?m procesom v tele: okrem sp?nku a bdenia s? to napr?klad metabolizmus, hormon?lne hladiny, telesn? teplota. a dokonca (nepriamo) spr?vanie.

Mnoh? ?t?die ukazuj?, ak? d?le?it? s? pre n?s prirodzen? „vn?torn? hodiny“. Napr?klad umel? predl?ovanie denn?ho svetla m??e sp?sobi? obezitu a s?visiace choroby (ako je cukrovka). V r?znych ?asoch d?a je telo n?chyln? na infekcie r?znymi sp?sobmi: biologick? hodiny zvierat ovplyv?uj? schopnos? v?rusov replikova? sa a ??ri? sa. Dokonca aj vn?manie farieb m??e by? spojen? s cirkadi?nnymi rytmami - to sa uk?zalo na pr?klade samotn?ho oble?enia, kv?li ktor?mu sa internet v roku 2015 takmer poh?dal.

Pre?o bolo ocenenie udelen? v roku 2017?

Alexandra Puchkova, ved?ca v?skumn??ka v Laborat?riu neurobiol?gie sp?nku a bdenia v ?stave vy??ej nervovej aktivity a neurofyziol?gie Ruskej akad?mie vied, uviedla, ?e laure?ti za rok 2017 objavili u ovocn?ch mu?iek „bunkov? hodiny“. Nesk?r vedci zistili, ?e tento hodinov? mechanizmus je celkom univerz?lny – podobn?m sp?sobom je zmena d?a a noci fixovan? na genetickej ?rovni aj u in?ch zvierat a ?ud?.

Prv?kr?t bol g?n, ktor? ovplyv?uje cirkadi?nny rytmus, identifikovan? u? v 70. rokoch. Potom to vedci nazvali obdob?m . Dvaja z dne?n?ch laure?tov, Geoffrey Hall a Michael Rosbash, dok?zali tento g?n izolova? v roku 1984. Potom uk?zali, ?e prote?n PER k?duj?ci g?n sa hromad? v noci a po?as d?a sa ni??.

"[Laure?ti] zistili na ovocn?ch mu?k?ch, ?e existuje jeden g?n. Potom sa uk?zalo, ?e t?chto g?nov je v skuto?nosti ve?a, navz?jom sa reguluj?, a ak sa zmenia, potom m??e by? toto obdobie dlh?ie alebo menej ako 24 hod?n a ak to poru??te, potom to [ g?n] ?plne zmizne. A potom zistili, ?e ?lovek m? ve?mi podobn? mechanizmus... Uk?zali, ako cel? tento stroj funguje, “vysvetlila Alexandra Puchkov?.

V?skumn??ka Laborat?ria genetiky ?stavu biol?gie Karelsk?ho vedeck?ho centra Ruskej akad?mie vied Irina Kurbatova nie je prekvapen?, ?e ocenenie bolo udelen? pr?ve za tieto pr?ce - pod?a nej ide o mimoriadne s?ubn? oblas? vedeck? v?skum, ktor? priamo s?vis? so z?kladnou medic?nou a lek?rskou praxou.

?o bude ?alej?

Zauj?mav? je, ?e „hodiny“, ktor? na?li Hall, Rosbash a Young, funguj? vo v?etk?ch bunk?ch, ktor? maj? jadro. Takto zasahuj? do v?etk?ch biologick?ch procesov, ktor? zauj?maj? nov? oblas? vedy, chronobiol?giu.

Chronobiol?govia spolu so somnol?gmi (?pecialistami na sp?nok) a ?al??mi vedcami sa sna?ia pr?s? na to, ako ovplyvni? prestavovanie „vn?torn?ch hod?n“, ku ktor?mu doch?dza napr?klad pri prelete do in?ho ?asov?ho p?sma alebo pri no?nej zmene. Ako vedci vysvet?uj?, chemick? „hodiny“ v na?om tele s? schopn? vn?ma? vonkaj?ie sign?ly – v prvom rade svetlo. To znamen?, ?e pomocou svetelnej terapie bude mo?n? lie?i? depresiu alebo sez?nnu afekt?vnu poruchu sp?soben? neprirodzene kr?tkym denn?m svetlom.

Okrem in?ho cirkadi?nne rytmy reguluj? rytmus krvn?ho tlaku a ak je ich pr?ca naru?en?, ?lovek m? zv??en? riziko kardiovaskul?rnych patol?gi?.

Tak?e ?t?die laure?tov Nobelovej ceny zhrnuli teoretick? z?klad pre cel? oblas? medic?ny.