چرا نوبل پزشکی 2017 باز هم به ریتم شبانه‌روزی تعلق گرفت؟
در این مقاله
ریتم شبانه‌روزی و جایزه نوبل
«از درون» باور داریم زندگی همواره ریتمی دارد و تلاش می‌کنیم بر همان اساس زندگی کنیم، زیرا ساعت زیستی ما که ریتم شبانه‌روزی نامیده می‌شود این امکان را می‌دهد: هنگام خواب بخوابیم و هنگام لازم بیدار شویم؛ فشار خون، دمای بدن، ضربان قلب و ریتم خواب‌وبیداری را تنظیم می‌کند. بیایید ببینیم مبانی موضوع «ساعت زیستی و ریتم شبانه‌روزی» که در سال‌های اخیر بیشتر شنیده‌ایم، چگونه در سطح مولکولی بررسی شده‌اند. سپس به زندگی کسی می‌پردازیم که نتوانست به ریتم زندگی چنگ بزند؛ یکی از 3 دانشمند برنده این نوبل.
- موضوع مرتبط: یکی از جالب‌ترین کشفیات Aziz Sancar و تیمش: ریتم شبانه‌روزی، سرطان و شیمی‌درمانی!
جایزه نوبل پزشکی یا فیزیولوژی 2017
نوبل پزشکی یا فیزیولوژی 2017 را 3 دانشمند آمریکایی Jeffrey C. Hall، Michael Rosbash و Michael W. Young بردند. آنها به دلیل بررسی ریتم شبانه‌روزی در سطح مولکولی شایسته جایزه شدند. انسان مدت‌ها از وجود ریتم درونی یا زیستی آگاه بود؛ حتی در قرن 18.، ستاره‌شناس Jean Jacques d'Ortous de Mairan آن را با روشی عملی در گیاه میموزا مشاهده کرده بود. او دید برگ‌ها روز به سمت خورشید باز و هنگام عصر بسته می‌شوند. کنجکاو شد گیاه بدون نور خورشید چگونه رفتار می‌کند و آن را در محیط تاریک گذاشت. گیاه باز هم فعالیت روزانه معمول خود را ادامه داد. این فقط با «ساعت درونی» خود گیاه ممکن بود. پژوهش‌های بعدی نشان دادند نه فقط گیاهان، بلکه انسان و حیوانات دیگر نیز ساعت زیستی دارند. اما نباید به همین‌جا بسنده می‌شد؛ لازم بود ساعت زیستی در سطح مولکولی روشن و ژن یا ژن‌های برقرارکننده این نظم کشف شوند.
از چپ به راست: Jeffrey C. Hall; Michael Rosbash; Michael W. Young
ساعت زیستی ما چگونه کار می‌کند؟
در دهه 70، Seymour Benzer و شاگردش در مگس میوه به بررسی ژن کنترل‌کننده ساعت زیستی پرداختند. در ژنی ناشناخته، جهش ایجاد کرده بودند و سازوکار ساعت زیستی مگس مختل شده بود. این ژن را period نامیدند، اما نتوانستند آن را جداسازی و اثرش را کامل نشان دهند. در سال 90، Jeffrey C. Hall و Michael Rosbash، دو برنده نوبل، این ژن را جداسازی کردند. پروتئین کدشده با آن (PER) شب در سلول تولید و ذخیره می‌شد؛ روز تجزیه می‌شد و ساعت زیستی به این شکل چرخه‌ای ادامه داشت. اما کاستی‌های توضیح‌داده‌نشده‌ای وجود داشت: چگونه تشخیص داده می‌شد تولید پروتئین‌های ذخیره‌شده در شب باید تمام شود و چگونه پایان می‌یافت؟ از طرف دیگر ساعت زیستی چگونه خود را تا تولید بعدی به تأخیر می‌انداخت؟ پاسخ از Michael W. Young، دانشمند دیگر شایسته نوبل، آمد.
پایان و به تأخیر افتادن تولید پروتئین
Young در پژوهش سال 94، ژنی به معنی «بی‌زمان» یعنی ژن timelessرا جداسازی کرده بود. این ژن پروتئین «TIM» تولید می‌کرد که PER را از سیتوپلاسم، بخش سلول بیرون از هسته، به هسته می‌برد و آنجا با PER ترکیب می‌شد و تولیدش را متوقف می‌کرد. در سال 98، Young ژن دیگری به نام «doubletime» کشف کرد و نشان داد با تولید پروتئین «DBT»، تولید PER را به تأخیر می‌اندازد.
این مجموعه پژوهش‌های مهم به دلیل روشن کردن ریتم شبانه‌روزی بسیار ارزشمند است. ساعت زیستی فیزیولوژی ما را با بخش‌های مختلف روز هماهنگ می‌کند و بر رفتار، ترشح هورمون، بیشترین یا کمترین سطح هشیاری بدن، حرکات هماهنگ و فعالیت‌های مشابه اثر می‌گذارد.
شکل 1: ساعت زیستی موجودات با نوسان سطح PER، پروتئین تولیدشده از ژن period، کنترل می‌شود (1). پروتئین TIM حاصل ژن TIMELESS، این PER را به هسته می‌برد (2)؛ PER در هسته جمع می‌شود و فعالیت آن دوره ژن period را مهار می‌کند.
شکل 2: برای نوسان ژن period پروتئین‌های اضافی لازم‌اند. پروتئین TIM کدشده با ژن Timeless با PER تعامل دارد. این تعامل برای تجمع PER در هسته و سرکوب ژن period حیاتی است. پروتئین DBT با ژن doubletime کد می‌شود. DBT آنزیم پروتئین‌کینازی است که PER را فسفریله می‌کند و موجب تجزیه آن می‌شود. تجزیه PER با واسطه DBT در تأخیر میان تجمع mRNA پریود و پروتئین PER نقش دارد. CLK و CYK، کدشده با ژن‌های ساعت و چرخه (clock و cycle genes)، دو عامل رونویسی فعال‌کننده ژن period هستند.
نکته: یک عامل رونویسی پروتئینی است که برای تنظیم رونویسی ژن‌ها می‌تواند به توالی مشخصی از DNA متصل شود. رونویسی فرایند نسخه‌برداری توالی نوکلئوتیدی سازنده DNA به شکل توالی RNA توسط آنزیم RNA پلیمراز است. به بیان دیگر انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA به RNA است.
ساعت شبانه‌روزی از جنبه‌های متعدد بر فیزیولوژی بدن اثر می‌گذارد: این ساعت به تنظیم خواب، رفتار تغذیه‌ای، ترشح هورمون، فشار خون و دمای بدن کمک می‌کند. بخش بزرگی از ژن‌های ما توسط ساعت تنظیم می‌شوند.
پشت صحنه علم ـ رنج دانشمند
متأسفانه داستان‌های موفقیت همیشه پایان خوش ندارند! زندگی دانشمندان بیش از پیروزی و شادی، پر از رنج است. Jeffrey C. Hall، یکی از 3 دانشمند ارزشمند روشن‌کننده پشت صحنه ساعت زیستی، حدود 10 سال پیش علم را ترک کرد. او تقریباً نیمی از زندگی حرفه‌ای آغازشده در دهه 1980 را صرف حل رازهای ساعت زیستی کرد. هنگام ترک علم ناراضی بود، زیرا حمایت کافی برای ادامه پژوهش نیافته و نتوانسته بود از صندوق‌های پژوهشی بودجه بگیرد. در خانه روستایی خود مصاحبه مفصلی با Current Biology کرد و از مشکلات جدی پیش رو گفت. جهان مغزی شایسته نوبل را از دست داده بود، چون بینش او درک نشده بود.
در واقع درس ما از زندگی Hall باید همین باشد: اگر می‌خواهیم افرادی پرورش دهیم که آینده را شکل دهند، باید برای نسل‌های موفقیت‌جو با هم تلاش کنیم و در هر شرایطی از علم و پیشرفت حمایت کنیم.
این پژوهش‌های ساعت زیستی چه معنایی برای ما دارند؟
- ریتم شبانه‌روزی در ترشح هورمون، تنظیم خواب، ترمیم آسیب‌های DNA و تنظیم فشار خون نقش مهمی دارد.
- همان‌طور که می‌دانیم، علت اصلی سرطان تجمع آسیب‌های DNA است. ریتم شبانه‌روزی در ترمیم آسیب‌های DNA نقش دارد. کشف پروتئین‌های نقش‌آفرین در آن می‌تواند راه درمان‌های نسل جدید سرطان را بگشاید.
- ریتم شبانه‌روزی در درمان بیماری‌ها اثر مهمی دارد. پژوهش‌های اخیر نشان داده‌اند اثر برخی داروهای سرطان بسته به ریتم شبانه‌روزی تغییر می‌کند.
- عوامل فراوان زندگی روزمره [بی‌خوابی، زیاده‌روی در محرک‌هایی مانند قهوه (نیکوتین نیز محرک است)، استرس و شیفت شب] با اثر نامطلوب بر ریتم شبانه‌روزی زمینه برخی بیماری‌ها را فراهم می‌کنند. بنابراین درک سازوکار آن از بنیادی‌ترین موضوعات پزشکی مدرن است.
موضوع مرتبط:
- پژوهش‌های منجر به نوبل Aziz Sancar: ترمیم مکانیکی DNA
- نوبل پزشکی 2016 برای پژوهش اتوفاژی به Yoshinori Ohsumi رسید
منابع
nobelprize.org - 2017
2. Zehring, W.A., Wheeler, D.A., Reddy, P., Konopka, R.J., Kyriacou, C.P., Rosbash, M., and Hall, J.C.
P-element transformation with period locus DNA restores rhythmicity to mutant, arrhythmic Drosophila melanogaster.
Cell 1984.
3. Bargiello, T.A., Jackson, F.R., and Young, M.W.
Restoration of circadian behavioural rhythms by gene transfer in Drosophila.
Nature 1984.
4. Siwicki, K.K., Eastman, C., Petersen, G., Rosbash, M., and Hall, J.C.
Antibodies to the period gene product of Drosophila reveal diverse tissue distribution and rhythmic changes in the visual system.
Neuron 1988.
5. Hardin, P.E., Hall, J.C., and Rosbash, M.
Feedback of the Drosophila period gene product on circadian cycling of its messenger RNA levels.
Nature 1990
6. Liu, X., Zwiebel, L.J., Hinton, D., Benzer, S., Hall, J.C., and Rosbash, M.
The period gene encodes a predominantly nuclear protein in adult Drosophila.
J Neurosci 1992.
7. Vosshall, L.B., Price, J.L., Sehgal, A., Saez, L., and Young, M.W.
Block in nuclear localization of period protein by a second clock mutation, timeless.
Science 1994.
8. Price, J.L., Blau, J., Rothenfluh, A., Abodeely, M., Kloss, B., and Young, M.W.
double-time is a novel Drosophila clock gene that regulates PERIOD protein accumulation. Cell 1998.
آیا این مقاله برای شما مفید بود؟
بازخورد شما به بهبود محتوای ما کمک می‌کند.
نظرهای خوانندگان
نظر خود را بنویسید
نام و دیدگاه شما فقط پس از تأیید مدیر منتشر می‌شود. نشانی ایمیل شما هرگز به بازدیدکنندگان نمایش داده نمی‌شود.
اولین نظر را شما بنویسید.