2017 Nobel Fizyoloji veya T?p ?d?l?, gece ve g?nd?z?n de?i?mesiyle ili?kili biyolojik s?re?lerin d?ng?sel dalgalanmalar?n? kontrol eden h?cre i?i bir mekanizma olan biyolojik saatin i?leyi?ini belirleyen genlerin ke?fi nedeniyle verildi. G?nl?k ya?amda veya siyanobakterilerden y?ksek hayvanlara kadar t?m canl? organizmalar?n do?as?nda vard?r.

Tabii ki, d?nya ?ap?nda bu kadar tan?nan herhangi bir bilimsel sonu?, ?nc?llerinin ba?ar?lar?na dayanmaktad?r. Biyolojik saat fikri ilk olarak 17. y?zy?lda Frans?z g?kbilimci Jean Jacques de Meran'?n bitki yapraklar?n?n hareketinin g?nl?k ritminin karanl?kta bile kaybolmad???n? ke?fetmesiyle ortaya ??kt?: kesinlikle "programlanm??t?r" ve ?evrenin eylemiyle belirlenir.

Bu andan itibaren biyolojik saat olgusunun incelenmesi ba?lad?. Neredeyse t?m canl? organizmalar?n g?nl?k veya g?nl?k bir periyotta d?ng?sel s?re?lerden ge?ti?i ortaya ??kt?. Ve ana d?? senkronizasyon fakt?r?n?n (gece ve g?nd?z de?i?imi) yoklu?unda bile, organizmalar g?nl?k bir ritme g?re ya?amaya devam ederler, ancak bu ritmin periyodu g?n?n uzunlu?undan daha uzun veya daha k?sa olabilir. bireysel ?zellikler.

Biyolojik saatin genetik temeli ilk olarak 1970'li y?llarda meyve sine?inde Per (adet d?nemi) geninin ke?fedilmesiyle at?lm??t?r. Bu ke?fin yazarlar? Seymour Benzer ve California Teknoloji Enstit?s?'nden ??rencisi Ronald Konopka, kimyasal mutajenez kullan?larak elde edilen y?zlerce laboratuvar sinek dizisiyle ?al??arak b?y?k ?l?ekli bir deney ger?ekle?tirdiler. Bilim adamlar?, ayn? ayd?nlatma periyoduyla baz? sineklerde sirkadiyen uyku ve uyan?kl?k ritmi periyodunun ya normal g?nden ?nemli ?l??de k?sald???n? (19 saat) ya da daha uzun (28 saat) oldu?unu fark ettiler; ayr?ca tamamen e? zamanl? olmayan bir d?ng?ye sahip “aritmikler” ke?fedildi. Meyve sineklerinde g?nl?k ritmi kontrol eden genleri belirleme giri?iminde bulunan bilim insanlar?, bu ritimdeki bozukluklar?n bilinmeyen bir gen veya gen grubundaki mutasyonlarla ili?kili oldu?unu g?sterdi.

B?ylece, gelece?in Nobel ?d?l? sahipleri Hall, Rosbash ve Young, uyku ve uyan?kl?k d?nemlerinde genetik olarak belirlenmi? de?i?ikliklere sahip sinek soylar?n? zaten ellerinin alt?nda tutuyorlard?. 1984 y?l?nda bu bilim insanlar? istenen Per genini izole edip s?ralad?lar ve kodlad??? protein seviyesinin g?nl?k olarak de?i?ti?ini, geceleri zirveye ??kt???n? ve g?nd?zleri azald???n? buldular.

Bu ke?if, amac? sirkadiyen ritim mekanizmalar?n?n neden bu ?ekilde ?al??t???n? ve sirkadiyen periyodun neden farkl? bireyler aras?nda de?i?ebildi?ini ancak ayn? zamanda biyolojik etkilere diren?li oldu?unun ortaya ??kmas?n? anlamak olan ara?t?rmaya yeni bir ivme kazand?rd?. s?cakl?k gibi d?? fakt?rler (Pittendrich, 1960). Bu nedenle, siyanobakteriler (mavi-ye?il algler) ?zerinde yap?lan ?al??malar, s?cakl?ktaki 10 ?С art??la, d?ng?sel metabolik s?re?lerinin g?nl?k periyodunun yaln?zca% 10-15 oran?nda de?i?ti?ini, kimyasal kinetik yasalar?na g?re ise bu de?i?imin oldu?unu g?sterdi. neredeyse s?rayla daha b?y?k olmal?! T?m biyokimyasal reaksiyonlar?n kimyasal kinetik kurallar?na uymas? gerekti?inden, bu ger?ek ger?ek bir zorluk haline geldi.

Bilim adamlar? art?k g?nl?k d?ng?n?n birden fazla gen taraf?ndan belirlenmesi nedeniyle d?ng?sel s?re?lerin ritminin olduk?a sabit kald??? konusunda hemfikir. 1994 y?l?nda Young, Drosophila'da PER protein seviyelerinin geri bildirim d?zenlemesinde yer alan bir proteini kodlayan Tim genini ke?fetti. S?cakl?k artt?k?a sirkadiyen d?ng?n?n olu?umunda rol oynayan proteinlerin yan? s?ra bunu engelleyen di?er proteinlerin de ?retimi artar, b?ylece biyolojik saatin i?leyi?i bozulmaz.

Memelilerde, mekanizmas? geri bildirim ilkesine g?re ?al??an Bmal1, Clock, Cry1-2, Per1-3 olmak ?zere b?t?n bir sirkadiyen gen ailesi ke?fedildi. BMAL1 ve CLOCK proteinleri Per ve Cry genlerini aktive ederek PER ve CRY proteinlerinin sentezini sa?lar. Bu proteinler bolla?t???nda BMAL1 ve CLOCK'un aktivitesini bask?lamaya ba?larlar, b?ylece sentezleri azal?r. PER ve CRY proteinlerinin miktar? belli bir seviyeye d??t???nde BMAL1 ve CLOCK tekrar aktive olur. D?ng? devam ediyor

Sirkadiyen ritimlerin temel mekanizmalar? art?k yeterince ara?t?r?lm?? olsa da bir?ok ayr?nt? a??klanamam??t?r. Bu nedenle, bir organizmada birka? "saatin" ayn? anda nas?l bir arada var olabilece?i a??k de?ildir: farkl? d?nemlerde meydana gelen s?re?ler nas?l ger?ekle?tirilir? ?rne?in insanlar?n kapal? mekanda veya ma?arada ya?ad??? deneylerde, gece ve g?nd?z?n de?i?imi hakk?nda bilgi al?nmadan v?cut ?s?s?, steroid hormon salg?s? ve di?er fizyolojik parametreler yakla??k 25 saatlik bir periyotla d?ng?lendi. uyku ve uyan?kl?k s?releri 15 ile 60 saat aras?nda de?i?ebilmektedir (Wever, 1975).

Sirkadiyen ritimlerin incelenmesi, v?cudun a??r? ko?ullarda i?leyi?ini anlamak i?in de ?nemlidir; ?rne?in, kutupsal g?nd?z ve gece ko?ullar? alt?nda sirkadiyen ritimlerin do?al senkronizasyon fakt?rlerinin ?al??mad??? Kuzey Kutbu'nda. Bu t?r ko?ullarda uzun s?re kal?nd???nda, ki?inin bir dizi i?levin sirkadiyen ritminin ?nemli ?l??de de?i?ti?ine dair ikna edici kan?tlar vard?r (Moshkin, 1984). Art?k bu fakt?r?n insan sa?l??? ?zerinde belirgin etkileri olabilece?inin ve sirkadiyen ritimlerin molek?ler temeline ili?kin bilginin, kutup ko?ullar?nda ?al???rken "faydal?" olacak gen varyantlar?n?n belirlenmesine yard?mc? olmas? gerekti?inin fark?nday?z.

Ancak biyoritimler hakk?ndaki bilgi yaln?zca kutup ka?ifleri i?in ?nemli de?ildir. Sirkadiyen ritimler metabolizmam?z?, ba????kl?k sistemimizi ve inflamasyonu, kan bas?nc?m?z?, v?cut s?cakl???m?z?, beyin fonksiyonumuzu ve ?ok daha fazlas?n? etkiler. Baz? ila?lar?n etkinli?i ve yan etkileri g?n?n saatine ba?l?d?r. ?? ve d?? “saatler” aras?nda zorunlu bir tutars?zl?k oldu?unda (?rne?in, uzun mesafeli bir u?u? veya gece vardiyas?nda ?al??ma nedeniyle), mide-ba??rsak sistemi ve kardiyovask?ler sistem bozukluklar?ndan ?e?itli v?cut fonksiyon bozukluklar? g?zlemlenebilir. depresyon ve kanser hastal?klar?na yakalanma riski de art?yor.

Edebiyat

PITENDRIGH C.S. Sirkadiyen ritimler ve ya?am sistemlerinin sirkadiyen organizasyonu. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1960;25:159-84.

Wever, R. (1975). "?nsan?n sirkadiyen ?oklu sal?n?m sistemi." Uluslararas? J Chronobiol. 3 (1): 19–55.

Moshkin M.P. Do?al ???k rejiminin kutup ka?iflerinin biyoritimleri ?zerindeki etkisi // ?nsan Fizyolojisi. 1984, 10(1): 126-129.

Haz?rlayan: Tatyana Morozova

2017 Nobel Fizyoloji veya T?p ?d?l? sahipleri. Bunlar Amerikal? ara?t?rmac?lar Jeffrey Hall, Michael Rosbash ve Michael Young'd?. ?d?l, "sirkadiyen ritimlerin kontrol?n? sa?layan molek?ler mekanizmalar?n ke?fi i?in" verilecek. Bunlar ne t?r ritimlerdir ve bunlar? hangi mekanizmalar kontrol etmektedir? Bu neden bu kadar ?nemli?

- Gece geliyor. ?ehir uykuya dalar, mafya uyan?r.

Canl?lar?n faaliyetlerinin g?n?n saatine ba?l? oldu?u ?ok eski zamanlardan beri bilinmektedir. Herkes ineklerin g?nd?z otlad???n?, horozlar?n sabah ?tt???n? ve kedi yavrular?n?n sabah saat ikide uyuyan insanlar? topuklar?ndan yakalad???n? bilir. Tek h?creli siyanobakterilerden, tonlarca devasa balinalara ve as?rl?k a?a?lara kadar her canl? t?r?nde, aktivite d?nemleri yerini dinlenme d?nemlerine b?rak?r, g?n?n belirli saatlerinde belirli hormonlar salg?lan?r, yapraklar mis gibi k?vr?l?p a??l?r. saat i?leyi?i. Ama bu ne t?r bir saat? Onlar?n do?as? nedir? ?nsanlar?n bu sorular? yan?tlamaya ?al??t??? 300 y?l boyunca pek ?ok kopya k?r?ld?. Bu y?lki Nobel ?d?l?, sirkadiyen ritimleri belirleyen mekanizmalar bilimini "?ncesi" ve "sonras?" olarak ay?ran, bir son olmasa da en az?ndan cesur bir ?izgi koyan ki?ilere hakl? olarak verildi.

Arka plan

Bu periyodik aktivitenin nereden geldi?i sorusunun en mant?kl? cevab? g?ne? saati gibi g?r?n?yor. G?ne?in do?mas? gibi “g?nd?z” t?rlerinin aktivitesi artar, “gece” t?rlerinin aktivitesi ise azal?r. Ana d?zenleyici ayd?nlatma ve buna e?lik eden fakt?rlerdir - s?cakl???n y?kselmesi ve d??mesi, r?zgar y?n?ndeki de?i?iklikler ve her ?ey ayn? ruhla. Bu paradigma, g?n? g?ne?in ufkun ?zerinde y?kseldi?i anda ve gecesi g?n bat?m?nda ba?layan eski Romal?lar taraf?ndan aktif olarak kullan?ld?. Hem g?nd?z hem de gece 12 saatten olu?tu?u i?in Romal?lar i?in bir saatin uzunlu?u hem gece saati hem de g?nd?z saati olmas?na ve y?l?n zaman?na ba?l?yd?.

Canl?lar?n faaliyetlerini ger?ekten d?? fakt?rlerin belirleyip belirlemedi?ini test eden ilk ki?i, 18. y?zy?l?n ba??nda Frans?z g?kbilimci Jean-Jacques de Mero oldu. Model bir organizma olarak, g?nd?z ve gecenin de?i?imine ?ok net tepki veren mimozay? kulland? - g?n ?????nda k???k narin yapraklar? g?ne?e do?ru ?evrilir ve karanl?kta katlan?p a?a?? indirilir. De Mero, mimozay? karanl?k bir kutuya koydu ve ???k uyar?m?n?n olmamas?na ra?men yakla??k bir hafta boyunca yapraklar?n? zaman?nda katlay?p a?maya devam etmesini ?a?k?nl?kla izledi (?ekil 1). Buna dayanarak, bu s?recin ritminin d??ar?dan de?il i?eriden belirlendi?i varsay?m?n? yapt?.

?ekil 1. De Mero'nun deneyimi. G?kbilimci, mimozan?n g?ne? ?????na maruz kalmasa bile sabahlar? yapraklar?n? a?ma ve geceleri yapraklar?n? geri sarma yetene?ini korudu?unu fark etti.

?o?u zaman bu gibi durumlarda oldu?u gibi, bu yeni olgu ?imdilik unutuldu ve 20. y?zy?l?n ba??nda yeniden ke?fedildi. Kaliforniyal? bilim adamlar?n?n 1971'de sirkadiyen ritimlerin do?as? gere?i genetik oldu?unu g?steren ????r a??c? bir makalesi yay?nlanana kadar, onlarca y?ld?r "i? saat" ve "?evresel fakt?rler" ideologlar? aras?nda hararetli bir tart??ma vard?. Bu fikir ?nemsiz de?il, ??nk? “i? saatin” destek?ileri bile, e?er genetik bir yap?ya sahiplerse, ilgili genlerin say?s?n?n ?ok fazla olmas? gerekti?ine ve mutasyonlar?n bu ?zelli?i ?nemli ?l??de etkilemeyece?ine inan?yorlard?.

Model olarak Drosophila meyve sinekleri kullan?ld?. ??lg?n bir zamand?, amplifikat?rler ve s?ralay?c?lar hen?z icat edilmemi?ti ve laboratuvarlarda pipetlerin yerine ta? baltalar vard?. Deneyciler sinek yumurtalar?na mutajen d?kerek rastgele genlerde de?i?ikliklere neden oldu. Ve meyve sineklerinden ?? farkl? “ritmik” ?izgi elde etmeyi ba?ard?lar. ?lk sat?rda 28 saat, ikincisinde 19 saat s?ren bir sirkadiyen ritim vard? ve ???nc?s?nde genellikle ritmik parametreler g?zle g?r?l?r herhangi bir d?ng?ye uymuyordu (?ekil 2). Klasik genetik y?ntemleri kullanan kapsaml? ara?t?rmalar sayesinde ara?t?rmac?lar, de?i?ikliklerden sorumlu olan b?lgeyi tespit edebildiler. Bunun cinsiyet X kromozomunda bulunan bir gen oldu?u ortaya ??kt?. d?nem. O zamanlar molek?ler y?ntemlerin yoklu?unda ilerlemek imkans?zd?. Bunun ne t?r bir gen oldu?u ve nas?l ?al??t??? bir s?r olarak kal?yor.

?ekil 2. G?nl?k ritimleri bozulan mutant meyve sinekleri. Gendeki ?e?itli mutasyonlar d?nem sirkadiyen d?ng?n?n s?resini yukar? veya a?a?? de?i?tirebilir, hatta tamamen yok edebilir.

Nobel neden verildi?

1980'lerin ortas?nda, ta? baltalar ?oktan arka planda kayboldu?unda ve ilk amplifikat?rler biyologlar?n laboratuvarlar?nda ?ekingen bir ?ekilde k?k salmaya ba?lad???nda, Amerika Birle?ik Devletleri'nde iki grup sirkadiyen ritim sorunu ?zerinde ?al???yordu. Birincisi Jeffrey Hall ve Michael Rosbash ?nderli?inde Massachusetts'teki Brandeis ?niversitesi'nde, ikincisi ise Michael Young ?nderli?inde New York'taki Rockefeller ?niversitesi'nde ?al??t?. Ayn? s?ralarda bu gruplar geni klonlamay? ba?ard?lar. d?nem, s?ra ve s?ras?n? inceleyin. Genin yap?s?na ve kodlad??? proteine ili?kin ilk veriler, i?leyi?inin mekanizmalar? hakk?nda net bir cevap verememi? ve pek ?ok merak uyand?r?c? teorinin ortaya ??kmas?na neden olmu?tur.

?ncelikle bu genin hangi d?zeyde etki g?sterdi?i belli de?ildi. O d?nemde yap?lan varsay?mlar?n ?o?u, PER ad? verilen ?r?n?n?, ya baz? aktif maddelerin h?creye d??ar?dan eri?imini d?zenleyen ya da h?crelerin birbirleriyle etkile?iminin do?as?n? de?i?tiren membran proteinlerine atfediyordu. Bir ?ey a??kt?: 24 saatlik bir periyoda sahip bir t?r osilat?r olmal? ve ?al??mas? do?rudan PER proteini ile ilgili olmal?.

Ve bu osilat?r bulundu - garip bir ?ekilde PER proteininin kendisi oldu?u ortaya ??kt?. Hall ve Rosbash, sinek n?ronlar?nda bu proteinin konsantrasyonunun 24 saatlik bir d?ng?ye sahip oldu?unu ve gece yar?s? civar?nda zirve yapt???n? g?sterdi. Bu proteinin mRNA's? ayn? d?ng?ye tabi tutuldu, ancak konsantrasyon zirvesi, protein zirvesine g?re birka? saat ?nce kayd?r?ld? (genellikle bu t?r zirveler ?ak??mal?d?r). Ara?t?rmac?lar bu protein i?in (mRNA'n?n sentezlendi?i ancak proteinin sentezlenmedi?i) anlams?z mutantlar elde ettiler ve mRNA konsantrasyonundaki periyodik de?i?ikliklerin ortadan kayboldu?unu g?rd?ler. Sonu? hemen takip edildi - PER proteini n?kleer bir transkripsiyon mod?lat?r?d?r ve kendi sentezini bloke eder (?ekil 3). A).

?ekil 3. V?cudun kendi mRNA's?n?n ekspresyonunu olumsuz y?nde d?zenleyen proteinlerden olu?an bir osilat?r? vard?r. Kapsaml? bir pozitif ve negatif reg?lat?r sistemi nedeniyle osilat?r?n yakla??k 24 saatlik bir periyodu vard?r ve ?al??mas?n? g?nd?z saatlerindeki de?i?ikliklere g?re ayarlayabilir.

Bu bulguya dayanarak bir hipotez ?ne s?r?ld? TTFL (Transkripsiyon-?eviri Geri Bildirim D?ng?s?- transkripsiyon-?eviri geribildirimi). Bu hipoteze g?re sirkadiyen ritim osilat?r?, transkripsiyon ve/veya translasyonun negatif d?zenlenmesi yoluyla kendi ifadelerini kontrol eden bir veya daha fazla proteinden olu?ur. Bir genin oldu?u a??kt? d?nem tam olarak sirkadiyen ritmi olu?turam?yor, partnerlere ihtiyac? var.

Bu ortaklar Michael Young taraf?ndan ke?fedildi. Ad?n? verdi?i bir geni tan?mlad? zamans?z mRNA ve ?r?n? (TIM proteini) de 24 saatlik sal?n?mlara tabi tutuldu. PER ve TIM proteinlerinin ?ekirde?e ancak birbirleriyle etkile?ime girerek girebildi?i ortaya ??kt?. Biri di?eri olmadan ?al??amaz ve daha da fazlas? - ileti?im olmadan proteozomda an?nda yok edilirler. Birlikte ?ekirde?e girerek kendi ifadelerini bloke ederler (?ekil 3). A).

Daha sonra bu genlerin ifadesinin pozitif d?zenleyicileri de ke?fedildi ve bu da tabloyu daha da karma??k hale getirdi. ?evresel fakt?rlerle ili?kiler de belirlendi. Seyahat ederken bir?ok zaman dilimini ge?mi? olanlar, ilk ba?ta v?cudun yeni g?nd?z saatlerine uyum sa?layamad???n?, ancak birka? g?n sonra g?nl?k ritimlerin ger?eklikle senkronize oldu?unu ve hayat?n yeniden g?zelle?ti?ini ve uykunun sa?l?kl? oldu?unu bilir.

Anla??ld??? ?zere, ayn? PER-TIM osilat?r?n? etkileyen bir dizi d?zenleyici protein, bu t?r ayarlamalardan sorumludur (?ekil 3). B). ?rne?in Young, artan ortam ?????na yan?t olarak etkinle?en CRY proteininin TIM'e ba?lanarak onu bozunmaya g?nderdi?ini ke?fetti. B?ylece sabah?n erken saatleri veya ge? vakitler TIM zirve ?zelliklerini de?i?tirir ve bu da PER ifade profilini de?i?tirir. Birka? g?n sonra sirkadiyen ritim yeni konumunda stabil hale gelir.

T?m bu veriler ve ba?ar?yla do?rulanan hipotezler, sirkadiyen ritim anlay???m?z? olduk?a ?nemli ?l??de de?i?tirdi. ?? osilat?r?n teorisi, Nobel ?d?l?'n? hak ettikleri Hall, Rosbash ve Young'?n ?abalar? sayesinde kesin olarak do?ruland?. Ancak bu ilgin? alanla ilgili ara?t?rmalar halen devam etmektedir.

Sadece sinekler de?il...

Sinekler elbette iyidir, peki ya genel olarak memeliler ve ?zel olarak insanlar? Her ?eyin genel olarak benzer oldu?u, ancak ayr?nt?larda farkl? oldu?u ortaya ??kt?. Memelilerde sirkadiyen ritimler merkezi ve periferik olarak ikiye ayr?l?r. Merkezi d?zenleyici, beyindeki hipotalamusun suprakiazmatik ?ekirde?idir. Ayd?nlatman?n ritmi de?i?ti?inde, PER protein sisteminin faaliyet d?ng?s?n? yeniden d?zenleyen ilk ki?i o olur. Bu ?ekirde?in kontrol? alt?nda epifiz bezinde melatonin (uyku hormonu) sal?n?r ve bu sayede v?cudun di?er dokular?ndaki sirkadiyen ritimleri d?zenler.

H?cre ve dokular?n bir?ok fizyolojik fonksiyonu sirkadiyen kaskad?n proteinleriyle ba?lant?l?yd? (?ekil 4). ?rne?in sabahlar? pankreas?n karbonhidrat t?ketimine verdi?i ins?lin tepkisi ak?ama g?re daha g??l?d?r. Ve bu, gece boyunca "oru?" ile bile a??klanamaz - 24 saat boyunca kanlar?na sabit bir oranda glikoz enjekte edilen hayvanlar, sabahlar? en d???k seviyeye (ve en y?ksek ins?lin seviyesine) sahipti. Ya?lar?n ve proteinlerin emilimi de benzer ?ekilde de?i?ir. B?ylece fitness dergilerinde s?k?a rastlanan “18 ya??ndan sonra yemek yemeyin” tavsiyesinin fizyolojik bir temele dayand??? ortaya ??k?yor.

?ekil 4. ?nsan v?cudunun i?leyi?inin bir?ok y?n? g?n?n saatine ba?l?d?r ve sirkadiyen ritimler taraf?ndan kontrol edilir.

Sirkadiyen ritimler genellikle fizyolojimizin hemen hemen her alan?n? etkiler. Performans?m?z, hemen hemen t?m ?nemli hormonlar?n seviyeleri, hastal?klar vb. g?n?n saatine ba?l?d?r. Elbette, bozulmu? sirkadiyen ritimler ile kanser, n?rodejeneratif ve kardiyovask?ler hastal?klar ve di?er ilgin? konular aras?ndaki ba?lant? hakk?nda hibe aray???nda olan gruplar zaten var.

Sirkadiyen ritimler ile ya?lanma aras?ndaki ili?kiye dair ara?t?rmalar olduk?a umut verici. Suprakiazmatik ?ekirde?in ya?la birlikte bozuldu?u ve ya?l?l?kta art?k eskisi kadar d?zenli ?al??mad??? bilinmektedir. Ya?l? insanlar zaman dilimi de?i?ikliklerine ?ok daha az uyum sa?l?yor, zorla uyan?kl??a daha fazla tolerans g?steriyor ve uyku s?ras?nda daha k?t? bir ?ekilde iyile?ebiliyor. Kemirgenleri kullanan ara?t?rmac?lar, sirkadiyen ritim genlerinin bozulmas?n?n onlar?n ya?am beklentilerinde ?nemli bir azalmaya ve ilgin? bir ?ekilde "ya?a ba?l?" hastal?klar?n daha erken ba?lamas?na yol a?t???n? g?sterdi.

Daha fazla geli?me

?u anda sirkadiyen biyoloji ba? d?nd?r?c? bir h?zla geli?iyor. ?zellikle u?u?, ya? veya hastal?k nedeniyle bozulan sirkadiyen ritimler ?zerindeki farmakolojik etkilere ili?kin se?enekler ara?t?r?lmaktad?r. Seyahat edenler i?in melatonin preparatlar?n? zaten eczanelerden sat?n alabilirsiniz.

2 Ekim 2017, 17:08

2017 Nobel Fizyoloji veya T?p ?d?l?: Biyolojik saatin molek?ler mekanizmas?

• Pop?ler Bilim,
• Biyoteknoloji,
• ?nek Sa?l???

2 Ekim 2017'de Nobel Komitesi, fizyoloji veya t?p alan?nda 2017 Nobel ?d?l? sahiplerinin isimlerini a??klad?. 9 milyon ?sve? kronu, biyolojik saatin molek?ler mekanizmas?n?, yani organizmalar?n ya?am?n?n sonsuz d?ng?l? sirkadiyen ritmini ke?fetmeleri nedeniyle Amerikal? biyologlar Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash ve Michael W. Young taraf?ndan e?it olarak payla?t?r?lacak. insanlar.

Milyonlarca y?l boyunca ya?am, gezegenin d?n???ne uyum sa?lad?. G?n?n saatini ?ng?ren ve ona uyum sa?layan dahili bir biyolojik saatimizin oldu?u uzun zamand?r biliniyordu. Ak?am uykuya dalmak, sabah uyanmak istiyorum. Hormonlar kesin olarak bir programa g?re kana sal?n?r ve ki?inin yetenekleri/davran??lar? (koordinasyon, reaksiyon h?z?) ayn? zamanda g?n?n saatine de ba?l?d?r. Peki bu i? saat nas?l ?al???yor?

Biyolojik saatin ke?fi, 18. y?zy?lda mimoza yapraklar?n?n g?nd?zleri G?ne?'e do?ru a??k, geceleri kapal? oldu?unu fark eden Frans?z g?kbilimci Jean-Jacques de Meran'a atfedilir. Bitkinin zifiri karanl?kta nas?l davranaca??n? merak etti. Mimozan?n karanl?kta bile plan? takip etti?i ortaya ??kt?; sanki bir i? saati varm?? gibi.

Daha sonra bu t?r biyoritimler di?er bitkilerde, hayvanlarda ve insanlarda da bulundu. Gezegendeki neredeyse t?m canl? organizmalar G?ne?'e tepki veriyor: G?nl?k ritim, d?nyevi ya?ama, gezegendeki t?m ya?am?n metabolizmas?na s?k? s?k?ya ba?l?. Ancak bu mekanizman?n nas?l ?al??t??? bir s?r olarak kald?.

Nobel ?d?l? sahipleri, meyve sineklerinde g?nl?k biyolojik ritmi kontrol eden bir geni izole etti (insanlar ve sinekler, ortak atalar?n varl??? nedeniyle bir?ok ortak gene sahiptir). ?lk ke?iflerini 1984 y?l?nda yapt?lar. Ke?fedilen gene isim verildi d?nem.

Gen d?nem geceleri h?crelerde biriken ve g?nd?zleri yok edilen PER proteinini kodlar. PER protein konsantrasyonu sirkadiyen ritimle uyumlu olarak 24 saatlik bir programa g?re de?i?ir.

Daha sonra proteinin ek bile?enlerini belirlediler ve sirkadiyen ritmin kendi kendini idame ettiren h?cre i?i mekanizmas?n? tamamen ortaya ??kard?lar; bu benzersiz tepkide PER proteini, gen aktivitesini bloke ediyor d?nem yani PER kendi sentezini bloke eder, ancak g?n i?inde yava? yava? bozulur (yukar?daki ?emaya bak?n). Bu kendi kendine yeten, sonsuz d?ng?ye sahip bir mekanizmad?r. Di?er ?ok h?creli organizmalarda da ayn? prensiple ?al???r.

Genin, kar??l?k gelen proteinin ve i? saatin genel mekanizmas?n?n ke?finden sonra bulmacan?n birka? par?as? daha eksikti. Bilim insanlar?, PER proteininin geceleri h?cre ?ekirde?inde birikti?ini biliyorlard?. Ayr?ca kar??l?k gelen mRNA'n?n sitoplazmada ?retildi?ini de biliyorlard?. Proteinin sitoplazmadan h?cre ?ekirde?ine nas?l ge?ti?i a??k de?ildi. 1994 y?l?nda Michael Young ba?ka bir gen ke?fetti zamans?z Dahili saatin normal ?al??mas? i?in de gerekli olan TIM proteinini kodlayan. TIM'in PER'e ba?lanmas? durumunda bir ?ift proteinin h?cre ?ekirde?ine n?fuz ederek gen aktivitesini bloke edebilece?ini kan?tlad?. d?nem b?ylece PER protein ?retiminin sonsuz d?ng?s?n? kapat?r?z.

Bu mekanizman?n i? saatimizi g?n?n saatine m?kemmel bir hassasiyetle uyarlad??? ortaya ??kt?. ?nsan davran???, hormon seviyeleri, uyku, v?cut ?s?s? ve metabolizma gibi ?e?itli kritik v?cut fonksiyonlar?n? d?zenler. ?rne?in, farkl? zaman dilimlerinde uzun mesafeler kat ederken, d?? ko?ullar ile i? biyolojik saati aras?nda ge?ici bir tutars?zl?k varsa, ki?i kendini iyi hissetmez. Ya?am tarz? ile v?cut saati aras?ndaki kronik uyumsuzlu?un, diyabet, obezite, kanser ve kardiyovask?ler hastal?klar dahil olmak ?zere ?e?itli hastal?klar?n artan riskiyle ili?kili oldu?una dair kan?tlar da var.

Daha sonra Michael Young ba?ka bir gen tan?mlad?. ?ift zamanl? PER proteininin h?crede birikmesini yava?latan ve v?cudun 24 saatlik g?ne daha do?ru ?ekilde uyum sa?lamas?na olanak tan?yan DBT proteinini kodlayan.

Sonraki y?llarda, ?u anki Nobel ?d?l? sahipleri, di?er molek?ler bile?enlerin sirkadiyen ritimdeki rol?n? daha ayr?nt?l? olarak ayd?nlatt?lar; gen aktivasyonunda rol oynayan ek proteinler buldular. d?nem ve ayr?ca ?????n biyolojik saatin d?? ?evre ko?ullar?yla senkronize edilmesine nas?l yard?mc? oldu?una dair mekanizmalar? da ke?fetti.

Soldan sa?a: Michael Rozbash, Michael Young, Geoffrey Hall

Dahili saat mekanizmas?na ili?kin ara?t?rmalar hen?z tamamlanmam??t?r. Mekanizman?n sadece ana k?s?mlar?n? biliyoruz. Sirkadiyen biyoloji - i? saatin ve sirkadiyen ritmin incelenmesi - h?zla geli?en ayr? bir ara?t?rma alan? olarak ortaya ??km??t?r. Ve t?m bunlar ?u anki ?? Nobel ?d?l? sahibi sayesinde ger?ekle?ti.

Uzmanlar birka? y?ld?r sirkadiyen ritimlerin molek?ler mekanizmas?n?n Nobel ?d?l?'ne lay?k g?r?lece?ini tart???yordu ve ?imdi bu olay nihayet ger?ekle?ti.

Fizyoloji ve t?p alan?nda Nobel ?d?l? sahipleri Stockholm'de a??kland?. Bu kez ?d?l, neredeyse t?m canl?lar?n karakteristik ?zelli?i olan, v?cudun ?e?itli parametrelerindeki g?nl?k dalgalanmalar olan sirkadiyen ritimlerin alt?nda yatan molek?ler mekanizmalar? ke?fettikleri i?in Jeffrey Hall, Michael Rosbash ve Michael Young'a verildi. Kazanan?n duyurusu Nobel Komitesi web sitesinde canl? olarak yay?nland?. ?d?l sahiplerinin ?al??malar? hakk?nda daha fazla bilgiyi Nobel Komitesi'nin bas?n b?lteninde bulabilirsiniz.

Ara?t?rmac?lar ba??ms?z olarak meyve sine?inde ke?fettiler Drosophila melanogaster gen ve protein d?nem konsantrasyonu her 24 saatte bir de?i?en ve hayvan?n "biyolojik saatinin" i?leyi?ini belirleyen maddedir.

Sirkadiyen ritimler (Latince kelimelerden) yakla??k Ve g?nl?k Daha ?ok biyolojik saat olarak adland?r?lan, bakterilerde, mantarlarda, bitkilerde ve hayvanlarda bulunan ve biyokimyasal bir osilat?r olan, kabaca "g?n boyunca" olarak terc?me edilir. D?zenli sal?n?m sistemi. Biyolojik saat yaln?zca uyku ve uyan?kl?k de?i?imini de?il ayn? zamanda yeme davran???n? ve memelilerde kan bas?nc?n? ve hormon konsantrasyonunu (?zellikle kortizol ve melatonin) d?zenler. "??" do?as?na ra?men, saatin aktivitesi, en ?nemlisi ???k olan d?? fakt?rler taraf?ndan d?zenlenir.

?lk kez, sirkadiyen ritimleri bozan mutasyonlar (saat mutasyonlar?) Ronald Konopka ve Seymour Benzer taraf?ndan ke?fedildi; bozulmu? rejime sahip sinekleri anlatan yay?nlar? 1971'de yay?nland? (her iki ara?t?rmac? da ?oktan ?ld? ve ?d?l ?l?m?nden sonra verilmedi). . Bilim insanlar? mutasyonlar?n yo?unla?t??? b?lgeye uygun bir isim (d?nem) verdi.

Biyolojik saatin molek?ler d?zeyde daha kapsaml? bir ?al??mas?, 1980'lerde Young'?n Rockefeller ?niversitesi'ndeki laboratuvar?nda ve Hall ve Rosbash'?n ?al??t??? Brandeis ?niversitesi'nde ba?lad?. Mevcut Nobel ?d?l? sahipleri genin koordinatlar?n? ba??ms?z olarak belirlediler d?nem ve n?kleotid dizisi.

Hall ve Roubash gen ?r?n?n? tan?mlamay? ba?ard?lar d?nem-PER proteini. Bu protein geceleri birikir ve g?nd?zleri bozunur. PER protein konsantrasyonundaki dalgalanmalar sineklerin sirkadiyen ritimlerine kar??l?k geldi. PER'in kendi geninin ifadesini d?zenledi?i ortaya ??kt?, ancak bunun i?in bir orta?a ihtiyac? var - gen taraf?ndan kodlanan TIM proteini zamans?z. Michael Young, ?al??mas?nda bu geni tan?mlad? ve PER ve TIM proteinlerinden olu?an bir kompleksin ?ekirde?e nas?l girerek genin aktivitesini nas?l bloke etti?ini g?sterdi. d?nem.

Genin tan?mlanmas?ndan sonraki 30 y?l i?inde d?nem?al??malar? sirkadiyen ritimleri tamamen belirleyen Drosophila'da on gen ke?fedildi. On genden alt?s? Young'?n Rockefeller ?niversitesi'ndeki laboratuvar?nda bulundu. Ayr?ca Drosophila beynindeki genlerin neredeyse y?zde yedisinin sirkadiyen ritimdeki dalgalanmalara g?re ifade edildi?i de g?sterildi.

Nobel Komitesi, kazananlar? 361 se?kin bilim insan?n?n da yer ald??? aday listesinden se?ti. Gazetecilerin tahminlerine ve bilimsel ?al??malar?n?n al?nt? indeksine g?re ?d?l alan ki?ileri tahmin eden Clarivate Analytics ajans?na g?re, bu y?lki ?d?l, kanser geli?im mekanizmalar?n?n incelenmesi veya imm?no-onkoloji alan?ndaki geli?meler i?in verilebilir. Antikorlara dayal? olarak kanser tedavisine y?nelik ila?lar?n yarat?lmas?n? m?mk?n k?lan ke?ifler. Ancak tahminler yine yan?ld?. B?yle bir tahminin temeli, Nobel Komitesi'nin temel ke?iflere verilen ?d?lleri pratik geli?melere verilen ?d?llerle de?i?tirmesi gerekti?i varsay?m?yd?.

Daria Spasskaya

2017 Nobel Fizyoloji veya T?p ?d?l? sahipleri Amerikal? Michael Young, Jeffrey Hall ve Michael Rosbash, "g?nl?k ritmi kontrol eden molek?ler mekanizmalar? ke?fettikleri i?in" ?d?l ald?.

Pop?ler bilim portal? "Attic"in edit?rleriyle birlikte bu mekanizmalar?n ne oldu?unu, nas?l ?al??t?klar?n? ve bir h?crenin neden saatin ka? oldu?unu bilmesi gerekti?ini ??zd?k.

Sirkadiyen ritim nedir?

D?nya'n?n var oldu?u d?rt milyar y?ldan fazla bir s?redir, ?zerindeki ya?am ko?ullar? s?rekli de?i?ti. Ancak bir ?ey neredeyse her zaman de?i?meden kald? - 24 saatlik bir g?n, gezegenin kendi ekseni etraf?nda d?nmesinden kaynaklanan gece ve g?nd?z de?i?imi. Bu s?re zarf?nda d?nya hayat? g?n bat?m?na ve g?n do?umuna uyum sa?lad? ve kendi i? saatini kazand?. Bu sirkadiyen ritimler (Latince'den - "etraf?nda, yakla??k olarak" ve ?l?r - "g?n") ritimler v?cuttaki bir?ok s?rece ac?mas?zca tabi tutulur: uyku ve uyan?kl??a ek olarak bunlar ?rne?in metabolizma, hormonal seviyeleri, v?cut ?s?s? ve hatta (dolayl? olarak) davran??lar.

Pek ?ok ara?t?rma, do?al “i? saatimizin” bizim i?in ne kadar ?nemli oldu?unu g?steriyor. ?rne?in g?nd?z saatlerinin yapay olarak uzat?lmas? obeziteye ve buna ba?l? hastal?klara (diyabet gibi) neden olabilir. G?n?n farkl? saatlerinde v?cut enfeksiyonlara kar?? farkl? ?ekilde duyarl?d?r: Hayvanlar?n biyolojik saati, vir?slerin ?o?alma ve yay?lma yetene?ini etkiler. Renklerin alg?lanmas? bile sirkadiyen ritimlerle ili?kilendirilebilir; bu, 2015'te neredeyse ?nternet'in tart??mas?na neden olan elbise ?rne?inde g?sterildi.

2017'deki ?d?l tam olarak ne i?indi?

Rusya Bilimler Akademisi Y?ksek Sinir Aktivitesi ve N?rofizyoloji Enstit?s? Uyku ve Uyan?kl?k N?robiyolojisi Laboratuvar?'nda k?demli ara?t?rmac? olan Alexandra Puchkova, 2017 y?l?nda ?d?le lay?k g?r?lenlerin meyve sineklerinde bir "h?cresel saat" ke?fetti?ini s?yledi. Daha sonra bilim adamlar? bu saat mekanizmas?n?n olduk?a evrensel oldu?unu ke?fettiler; benzer ?ekilde, di?er hayvanlarda ve insanlarda gece ve g?nd?z de?i?iminin genetik d?zeyde sabit oldu?u ortaya ??kt?.

?lk kez sirkadiyen ritmi etkileyen bir gen 70'li y?llarda tan?mland?. Daha sonra bilim adamlar? buna d?nem ad?n? verdi . G?n?m?z?n ?d?l kazananlar?ndan ikisi, Geoffrey Hall ve Michael Rosbash, 1984 y?l?nda bu geni izole etmeyi ba?ard?lar. Daha sonra geni kodlayan PER proteininin geceleri birikti?ini ve g?nd?zleri yok edildi?ini g?sterdiler.

"[?d?l sahipleri] meyve sineklerinde tek bir gen oldu?unu ke?fettiler. Daha sonra bu genlerin asl?nda ?ok say?da oldu?u, birbirlerini d?zenledikleri ve e?er onlar? de?i?tirirseniz bu s?renin 24'ten fazla veya daha az olabilece?i ortaya ??kt?. saatler ve e?er onu bozarsan, o zaman [ gen] tamamen kaybolacak. Ve sonra bir insan?n da ?ok benzer bir mekanizmaya sahip oldu?unu ke?fettiler... T?m bu makinenin nas?l ?al??t???n? g?sterdiler," diye a??klad? Alexandra Puchkova.

Rusya Bilimler Akademisi Karelya Bilim Merkezi Biyoloji Enstit?s? genetik laboratuvar?nda ara?t?rmac? olan Irina Kurbatova, ?d?l?n ?zellikle bu ?al??ma i?in verilmesine ?a??rmad? - ona g?re bu son derece umut verici bir alan Hem temel t?p hem de t?bbi uygulamalarla do?rudan ilgili bilimsel ara?t?rmalar?n kapsam?.

S?radaki ne?

?lgin?tir ki Hall, Rosbash ve Young'?n buldu?u "saat", ?ekirde?i olan t?m h?crelerde ?al??maktad?r. Yeni bilim alan? olan kronobiyolojiyi ilgilendiren t?m biyolojik s?re?lere bu ?ekilde m?dahale ederler.

Kronobiyologlar, somnologlar (uyku uzmanlar?) ve di?er bilim insanlar?yla birlikte, ?rne?in farkl? bir saat dilimine u?tu?unuzda veya gece vardiyas?nda ?al??t???n?zda ortaya ??kan "i? saatin" ayarlanmas?n? nas?l etkileyeceklerini bulmaya ?al???yorlar. Bilim adamlar?n?n a??klad??? gibi, v?cudumuzdaki kimyasal "saat", ba?ta ???k olmak ?zere d?? sinyalleri alg?layabilmektedir. Bu, ???k terapisinin, do?al olmayan k?sa g?n ????? saatlerinin neden oldu?u depresyon veya mevsimsel duygusal bozuklu?u tedavi etmek i?in kullan?labilece?i anlam?na gelir.

Di?er ?eylerin yan? s?ra sirkadiyen ritimler kan bas?nc?n?n ritmini d?zenler ve e?er bunlar?n ?al??malar? bozulursa ki?ide kardiyovask?ler patoloji riski artar.

B?ylece Nobel ?d?ll?lerin ara?t?rmalar? t?m t?p alan? i?in teorik bir temel olu?turdu.