لماذا مُنحت جائزة نوبل للطب 2017 مجدداً للإيقاع اليوماوي؟

الإيقاع اليوماوي وجائزة نوبل

نؤمن «داخلياً» بأن حياتنا تسير دائماً بإيقاع، ونحاول أن نعيش وفقه؛ لأن ساعتنا البيولوجية التي نسميها الإيقاع اليوماوي تتيح ذلك: فهي تجعلنا ننام في وقت النوم ونستيقظ حين يجب أن نستيقظ، وتدير عناصر مثل ضغط الدم وحرارة الجسم وتواتر القلب وإيقاع النوم واليقظة. فلنلقِ معاً نظرة على كيفية دراسة أسس موضوع «الساعة البيولوجية والإيقاع اليوماوي»، الذي بتنا نسمعه أكثر فأكثر في السنوات الأخيرة، على المستوى الجزيئي. وبعد ذلك، لندخل حياة من سنذكره لاحقاً، والذي لم يستطع التمسك بإيقاع الحياة، وهو أحد العلماء الـ3 الذين نالوا جائزة نوبل هذه.

- موضوع ذو صلة: أحد أبرز اكتشافات Aziz Sancar وفريقه: الإيقاع اليوماوي والسرطان والعلاج الكيميائي!

جائزة نوبل للطب أو علم وظائف الأعضاء 2017

فاز 3 علماء أمريكيين، Jeffrey C. Hall وMichael Rosbash وMichael W. Young، بجائزة نوبل للطب أو علم وظائف الأعضاء 2017. واستحقوا هذه الجائزة بفضل دراساتهم للإيقاع اليوماوي على المستوى الجزيئي. في الواقع، عرف البشر بوجود الإيقاع الداخلي / البيولوجي منذ زمن طويل؛ بل رصده الفلكي Jean Jacques d'Ortous de Mairan في القرن 18. بطريقة عملية جداً في نبات الميموزا. إذ لاحظ أن أوراق هذا النبات تنفتح نحو الشمس نهاراً وتنغلق مساءً. تساءل عن السلوك الذي سيُظهره النبات حين لا يتلقى ضوء الشمس، فأبقاه في مكان مظلم. واستمر النبات في نشاطه اليومي المعتاد. لم يكن ذلك ممكناً إلا بفضل «الساعة الداخلية» للنبات نفسه. وأظهرت دراسات جديدة مع الزمن أن الساعة البيولوجية لا تقتصر على النباتات، بل يملكها البشر والحيوانات الأخرى أيضاً. لكن لم يكن ينبغي التوقف هنا؛ إذ كان لا بد من توضيح الساعة البيولوجية على المستوى الجزيئي واكتشاف الجين أو الجينات التي تحقق هذا التنظيم.

من اليسار إلى اليمين: Jeffrey C. Hall; Michael Rosbash; Michael W. Young

كيف تعمل ساعتنا البيولوجية؟

في سنوات 70، بدأ Seymour Benzer وتلميذه العمل في ذباب الفاكهة على الجين الذي يتحكم بالساعة البيولوجية . وفي جين لم يكونوا يعرفونه، أحدثوا طفرة ، فاختلت آلية الساعة البيولوجية في ذبابة الفاكهة. وأطلقوا على هذا الجين اسم period ، لكنهم لم ينجحوا في عزله وإظهار تأثيره كاملاً. وسيعزل هذا الجين في سنة 90 اثنان من الأسماء الفائزة بنوبل، هما Jeffrey C. Hall وMichael Rosbash. وكان بروتين يشفّره هذا الجين (بروتين PER) يُنتج داخل الخلية ويُخزن طوال الليل. أما نهاراً فيُفكك، فتستمر الساعة البيولوجية بهذا الشكل الدوري. لكن بقيت فجوات غير مفسرة: كيف يُعرف أن إنتاج هذه البروتينات المخزنة ليلاً يجب أن يتوقف، وكيف يُوقف؟ ومن ناحية أخرى، كيف تؤجل الساعة البيولوجية نفسها حتى الإنتاج الثاني؟ جاءت إجابات هذه الأسئلة من العالم الآخر المستحق لنوبل، Michael W. Young.

انتهاء إنتاج البروتين والتأجيل

في الدراسة التي أجراها Young سنة 94، عزل ما يعني اسمه «بلا وقت»، وهو جين timeless. يُنتج هذا الجين بروتين «TIM» الذي يأخذ بروتين PER من السيتوبلازم (جزء الخلية خارج النواة) وينقله إلى النواة، ثم يتحد هناك مع بروتين PER ويوقف إنتاجه. ومع حلول سنة 98، اكتشف Young جيناً آخر هو «doubletime»، وكشف أنه يُنتج بروتين «DBT» فيؤجل إنتاج بروتين PER.

هذه السلسلة من الدراسات المهمة ذات قيمة كبيرة لأنها أوضحت الإيقاع اليوماوي. فساعتنا البيولوجية تضبط وظائف أجسامنا وفق مراحل اليوم المختلفة؛ وتؤثر في سلوكنا وإفراز هرموناتنا وكون الجسم في أعلى أو أدنى مستوى من التأهب وحركاتنا المنسقة ومختلف الأنشطة المشابهة.

الشكل 1: تُضبط الساعات البيولوجية للكائنات بتذبذبات في مستوى PER، وهو بروتين يُنتج من جين period ‏(1). وينقل بروتين TIM الذي يشكله جين TIMELESS بروتين PER هذا إلى النواة (2)، حيث يتراكم PER ويثبط (يمنع) نشاط جين period في تلك الفترة.

الشكل 2: تلزم بروتينات إضافية لتذبذب جين period. يتفاعل بروتين TIM الذي يشفّره جين Timeless مع بروتين PER. وهذا التفاعل حاسم لتراكم بروتين PER في النواة وتثبيط جين period. يشفّر جين doubletime بروتين DBT. ويُعد DBT إنزيم كيناز بروتيني يفسفر بروتين PER ويسبب تحلله. ويسهم تحلل بروتين PER بوساطة DBT في التأخر بين تراكم mRNA الخاص بالفترة وتراكم بروتين PER. أما CLK وCYK اللذان تشفّرهما جينات الساعة والدورة (clock وcycle genes)، فهما عاملا نسخ ينشطان جين period.

ملاحظة: إن عامل النسخ بروتين يستطيع الارتباط بتسلسل محدد على DNA لتنظيم نسخ الجينات. والنسخ هو عملية استنساخ تسلسل النيوكليوتيدات المكوّن لـDNA في صورة تسلسل RNA بواسطة إنزيم RNA بوليميراز. وبعبارة أخرى، هو انتقال المعلومات الجينية من DNA إلى RNA.

تؤثر الساعة اليوماوية في فسيولوجيا أجسامنا من جوانب كثيرة: تساعد هذه الساعة على تنظيم النوم والسلوك الغذائي وإفراز الهرمونات وضغط الدم وحرارة الجسم. وتُنظم الساعة جزءاً كبيراً من جيناتنا.

الحديقة الخلفية للعلم - معاناة العالم

للأسف لا تنتهي قصص النجاح دائماً بنهاية سعيدة! فحياة العلماء مليئة بالمعاناة أكثر من الانتصار والسعادة. Jeffrey C. Hall، أحد العلماء الـ3 القيّمين الذين أوضحوا خلفية ساعتنا البيولوجية، غادر العلم قبل نحو 10 سنوات. وقضى Hall نحو نصف مسيرته المهنية التي بدأت في سنوات 1980 في محاولة حل أسرار الساعة البيولوجية. كان غير سعيد عند مغادرته العلم، لأنه لم يجد دعماً كافياً لمواصلة دراساته ولم يحصل على التمويل من صناديق الأبحاث. وفي منزله الريفي، أجرى مقابلة طويلة مع مجلة Current Biology وتحدث عن بعض المشكلات الخطيرة التي تواجههم. فقد خسر العالم عقلاً يستحق نوبل لأن رؤيته لم تُفهم.

في الواقع، ينبغي أن يكون الدرس الذي نستخلصه من قصة حياة Hall موجهاً إلى هذا الأمر تحديداً؛ فإذا أردنا إعداد أشخاص يوجهون المستقبل، فعلينا أن نبذل الجهد معاً من أجل أجيال تسعى إلى النجاح، وأن ندعم العلم والتقدم في جميع الظروف.

ماذا تعني لنا دراسات الساعة البيولوجية هذه؟

• يلعب الإيقاع اليوماوي دوراً مهماً في إفراز الهرمونات وتنظيم النوم و إصلاح أضرار DNA وتنظيم ضغط الدم.
• كما هو معروف، السبب الأساسي للسرطان هو تراكم الأضرار التي تحدث في DNA. يشارك الإيقاع اليوماوي في إصلاح أضرار DNA. وقد يفتح اكتشاف البروتينات ذات الدور في الإيقاع اليوماوي الطريق لعلاجات سرطان من الجيل الجديد. 
• للإيقاع اليوماوي تأثير مهم في علاج الأمراض. وكُشف في الأبحاث الأخيرة أن تأثير بعض أدوية السرطان يتغير بحسب الإيقاع اليوماوي. 
• تؤثر عوامل كثيرة في حياتنا اليومية [قلة النوم، الإفراط في المنبهات مثل القهوة (والنيكوتين منبه أيضاً)، التوتر، العمل الليلي] سلباً في الإيقاع اليوماوي، فتمهد لبعض الأمراض. ولهذا فإن فهم آليته أحد أكثر موضوعات الطب الحديث أساسية.

موضوع ذو صلة:

- أعمال Aziz Sancar التي منحته جائزة نوبل: الإصلاح الآلي لـDNA

- مُنحت جائزة نوبل للطب 2016 إلى Yoshinori Ohsumi عن دراسات الالتهام الذاتي