Az orvosi Nobel-díj 2017 megfejtette az emberi test biológiai órájának mechanizmusait
30 év folyamatos kronobiológiai kutatás után Jeffrey Hall, Michael Rosbash és Michael Young elnyerte a Nobel-díjat "a cirkadián ritmusokat szabályozó molekuláris mechanizmusok felfedezéséért". Bemutatták, hogy a különböző gének és az általuk kódolt fehérjék közötti kölcsönhatás miként idéz elő molekuláris rezgéseket az egyes sejtekben.
A cirkadián ritmus egy biológiai modell, amely megmagyarázza, hogyan tud egy szervezet élettana és viselkedése alkalmazkodni a külső környezethez, előre látva a nappali/éjszakai ciklust.
Az orvosi Nobel-díjasok nevét egy sajtótájékoztatón jelentették be a svédországi Stockholmban, 2017. október 2-án. Fotóforrás - REUTERS
Az 1980-as évek elején a New York-i Rockefeller Egyetem Young professzorának laboratóriumában, valamint a bostoni Brandeis Egyetem Jeffrey Hall és Michael Rosbash professzorainak laboratóriumában tanulmányokat végeztek a cirkadián ritmus mögött álló mechanizmus megfejtésére.
felhasználásával ecetes szúnyog (Drosophila Melanogaster) mint minta organizmust a Nobel-díjasok elkülönítettek egy gént, amely ezt a biológiai ritmust vezérli. A gén egy olyan fehérjét kódol, amely képes elnyomni saját transzkripcióját, éjszaka felhalmozódik a sejtekben, majd nappal lebomlik. Fokozatosan ennek a mechanizmusnak több összetevőjét fedezték fel, és a modellt extrapolálták más többsejtű szervezetekre, beleértve az embereket is.
Szempilla és a biológiai óra
Ban,-ben 1970, Seymour Benzer, a Kaliforniai Műszaki Intézet genetikusa és biológusa, valamint tanítványa, Ronald Konopka kimutatták, hogy az általuk később periódusnak (PER) nevezett gén mutációi megzavarják az ecet cirkadián ritmusát.
Ezt követően, in 1984, Jeffrey Hall és Michael Rosbash, a Bradeis Egyetem kollégái izolálták a gént, és megállapították, hogy a PER fehérje szintje 24 órás ciklus alatt ingadozik, szinkronban a cirkadián ritmussal. A kettő hipotézise az volt, hogy negatív visszacsatolási folyamat van, a PER fehérje gátolhatja saját szintézisét, és ezáltal ciklikus ritmusban magyarázhatja a fehérjeszint szabályozását.
Amikor a gén időszak aktív, messenger RNS termelődik, amely a sejt citoplazmájába szállul, ahol meghatározza a PER fehérjék szintézisét. A fehérjék ezután felhalmozódnak a magban, ahol meghatározzák a genetikai gátlást. Abban az időben még nem volt ismert, hogy ezek a molekulák miként jutnak el a sejtmagba a citoplazmában.
Szükség volt egy új gén felfedezésére - időtlen, Dr. Michael Young írta 1994. Gén megfelel a TIM fehérjének, amely a PER-hez kötődve fehérje komplexet képez, amely képes behatolni a sejtmagba és blokkolni a periódus gént. Azonban a PER fehérje oszcillációinak gyakoriságát megmagyarázó mechanizmus még nem került elő. Dr. Young egy gént is azonosított - dupla idő, felelős a DBT fehérje termeléséért, amely késlelteti a PER felhalmozódását.
A kutatás egy olyan génkészlet felfedezésével folytatódott, amely magában foglalja per (periódus), tim (időtlen), dbt (kettős idő, kazein-kináz 1), clk (óra), cyc (ciklus), sgg (bozontos), Pdp1 (PAR domén fehérje 1), vri (csavar), kiáltás (kriptokróm) és ck2 (kazein-kináz 2). Ezen gének közötti kölcsönhatások, amelyek azon a visszacsatolási cikluson alapulnak, amelyben a PER és a TIM részt vesz, az úgynevezett modell megjelenéséhez vezettek. Átírás-fordítás visszacsatolási hurok (TTFL).
Mi a cirkadián ritmus és hogyan befolyásolja az egészségünket?
A cirkadián ritmus kijelöl minden olyan biológiai folyamatot, amely 24 órán belül regisztrálja az oszcillációkat. Az élő szervezetek endogén mechanizmusai lehetővé teszik számukra, hogy alkalmazkodjanak a környezethez, ezáltal az evolúció egy szakaszát képviselik. A "cirkadián" latinul kb. Egy napot jelent (kb. Kb., Meghal - nap). A 24 órás cirkadián ritmus mellett heti, havi, éves biológiai ciklusok is szerepelnek, amelyek a tanulmány tárgyát képezik cronobiologiei.
Az első biológiai "órák" tanulmányai között voltak azok, amelyek a növények viselkedésének vizsgálatára összpontosítottak. Például a mimosa pudica (mimoza) éjszaka bezárnak és nappal nyitnak. Jean Jacques d'Ortous de Mairan, A 18. században megfigyelte ezt a jelenséget, és kíváncsi volt, mi történne a növényvel, ha sötétbe helyeznék. Felfedezte, hogy a fény expozíciójától függetlenül a növény minden nap folytatja záró/nyitó rezgéseit. Az ilyen testspecifikus nappali ingadozásokat állatokban és emberekben is azonosították.
Az embereknél a cirkadián ritmus részt vesz olyan folyamatok szabályozásában, mint pl alvás, diéta, vérnyomás, testhőmérséklet vagy hormon felszabadulás. Tanulmányok kimutatták, hogy olyan életmóddal, amely nem felel meg a biológiai óra által diktált ritmusnak, az embereknek nagy a kockázata a súlyos betegségek - rák, neurodegeneratív betegségek, anyagcsere-betegségek stb. - kialakulásának. A cirkadián ritmust értékelő biomarkerek közül néhány: melatonin, az alvás-ébrenlét ciklusának szabályozásáért felelős hormon, testhőmérséklet és a plazma szintje kortizol, stressz hormon.
alvás elengedhetetlen az agy normális működéséhez, és a cirkadián ritmus működésének hiánya mind alvási rendellenességeket, mind egyéb neuro-pszichiátriai rendellenességeket okoz, például bipoláris rendellenességet, memóriazavarokat, depressziót. A gén emberi megfelelőjének hibája időszak (a Drosophila-tól) kimutatták, hogy alvászavarokat okoz - FASPS (Familial Advanced Sleep).
A legújabb kutatások a kronobiológia és a farmakológia kapcsolatának új megközelítéseire összpontosítanak, hogy azonosítsák a biológiai ritmusok amplitúdójának, periódusainak és fázisainak az egészségre gyakorolt hatásának modulációját.