რატომ მიენიჭა 2017 წლის ნობელის პრემია მედიცინაში კვლავ ცირკადულ რიტმს?
ამ სტატიაში
ცირკადული რიტმი და ნობელის პრემია
„შინაგანად“ გვჯერა, რომ ცხოვრება რიტმით მიმდინარეობს და შესაბამისად ვცხოვრობთ: ბიოლოგიური საათი, ცირკადული რიტმი, გვაძინებს და გვაღვიძებს საჭირო დროს, მართავს წნევას, სხეულის ტემპერატურას, გულის სიხშირესა და ძილ-ღვიძილს. ბოლო წლებში ხშირად გვესმის „ბიოლოგიური საათისა და ცირკადული რიტმის“ შესახებ; ვნახოთ, როგორ შეისწავლეს მისი მოლეკულური საფუძვლები. შემდეგ გავეცნოთ ცხოვრების რიტმს ვერ აყოლილი, ამ ნობელის მფლობელი 3 მეცნიერიდან ერთ-ერთის ცხოვრებას.
- დაკავშირებული თემა: აზიზ სანჯარისა და გუნდის ერთ-ერთი გამორჩეული აღმოჩენა: ცირკადული რიტმი, კიბო და ქიმიოთერაპია!
2017 წლის ნობელის პრემია მედიცინასა ან ფიზიოლოგიაში
2017 წლის ნობელის პრემია მედიცინასა ან ფიზიოლოგიაში 3 ამერიკელმა მეცნიერმა — Jeffrey C. Hall-მა, Michael Rosbash-მა და Michael W. Young-მა მიიღო ცირკადული რიტმის მოლეკულურ დონეზე შესწავლისთვის. შინაგანი/ბიოლოგიური რიტმი დიდი ხანია ცნობილი იყო. 18. საუკუნეშიც ასტრონომმა Jean Jacques d’Ortous de Mairan-მა მიმოზაზე მარტივი დაკვირვება ჩაატარა: ფოთლები დღისით მზისკენ იხსნებოდა, საღამოს კი იკეცებოდა. მას აინტერესებდა, როგორ მოიქცეოდა მცენარე მზის გარეშე და სიბნელეში მოათავსა. მცენარემ ჩვეულებრივი დღიური აქტივობა გააგრძელა. ეს მხოლოდ საკუთარი „შინაგანი საათით“ შეიძლებოდა. შემდგომმა კვლევებმა აჩვენა, რომ საათი არა მხოლოდ მცენარეებს, არამედ ადამიანებსა და სხვა ცხოველებსაც აქვთ. თუმცა საჭირო იყო მისი მოლეკულური ახსნა და მომწესრიგებელი გენების აღმოჩენა.
მარცხნიდან მარჯვნივ: Jeffrey C. Hall; Michael Rosbash; Michael W. Young
როგორ მუშაობს ჩვენი ბიოლოგიური საათი?
70-იან წლებში Seymour Benzer-მა და მისმა სტუდენტმა ხილის ბუზებში ბიოლოგიური საათის მაკონტროლებელი გენის შესწავლა დაიწყეს. უცნობ გენში მუტაცია შექმნეს და ბუზის საათის მექანიზმი დაირღვა. ამ გენს period უწოდეს, მაგრამ გამოყოფა და მოქმედების სრული ჩვენება ვერ შეძლეს. 90 წელს იგი Jeffrey C. Hall-მა და Michael Rosbash-მა გამოყვეს. ამ გენით კოდირებული PER ცილა ღამით უჯრედში წარმოიქმნებოდა და გროვდებოდა, დღისით კი იშლებოდა და საათი ასე ციკლურად მუშაობდა. მაგრამ უცნობი რჩებოდა: როგორ იგებდნენ, რომ ღამით დაგროვილი ცილის წარმოება უნდა დასრულებულიყო და როგორ წყდებოდა? როგორ აყოვნებდა საათი მომდევნო წარმოებამდე? პასუხი მეორე ლაურეატმა Michael W. Young-მა გასცა.
ცილის წარმოების დასრულება და დაყოვნება
Young-მა 94 წელს ჩატარებულ კვლევაში „უდროოს“ მნიშვნელობის მქონე timeless გენი გამოყო. იგი TIM ცილას ქმნის, რომელსაც PER ციტოპლაზმიდან — ბირთვის გარეთა ნაწილიდან — ბირთვში გადააქვს, იქ უერთდება და წარმოებას აჩერებს. 98 წელს Young-მა doubletime გენიც აღმოაჩინა, რომელიც DBT ცილის წარმოებით PER-ის წარმოქმნას აყოვნებს.
მნიშვნელოვანი კვლევების ეს სერია ღირებულია ცირკადული რიტმის ახსნისთვის. ბიოლოგიური საათი ფიზიოლოგიას დღის ეტაპებს უსადაგებს: მოქმედებს ქცევაზე, ჰორმონების გამოყოფაზე, ორგანიზმის მაქსიმალურ თუ მინიმალურ სიფხიზლეზე, კოორდინირებულ მოძრაობასა და სხვა აქტივობებზე.
სურათი 1: ორგანიზმის ბიოლოგიური საათი period გენით წარმოქმნილი PER ცილის დონის რყევებით კონტროლდება (1). TIMELESS-ის TIM ცილა PER-ს ბირთვში გადაიტანს (2), სადაც დაგროვილი PER period გენის იმდროინდელ აქტივობას თრგუნავს (აფერხებს).
სურათი 2: period გენის რხევებისთვის დამატებითი ცილებია საჭირო. Timeless-ით კოდირებული TIM ცილა PER-ს უკავშირდება. ეს ურთიერთქმედება ბირთვში PER-ის დაგროვებისა და period-ის დათრგუნვისთვის კრიტიკულია. DBT-ს doubletime კოდირებს; იგი ცილოვანი კინაზაა, რომელიც PER-ს ფოსფორილირებს და მის დაშლას იწვევს. DBT-ით განპირობებული დაშლა period mRNA-სა და PER-ის დაგროვებას შორის დაყოვნებას უწყობს ხელს. საათისა და ციკლის გენებით (clock და cycle genes) კოდირებული CLK და CYK period-ის გამააქტიურებელი ორი ტრანსკრიფციული ფაქტორია.
შენიშვნა: ერთი ტრანსკრიფციული ფაქტორი არის ცილა, რომელიც გენების ტრანსკრიფციის დასარეგულირებლად დნმ-ის გარკვეულ მიმდევრობას უკავშირდება. ტრანსკრიფცია კი დნმ-ის ნუკლეოტიდური მიმდევრობის RNA პოლიმერაზით RNA მიმდევრობად გადაწერაა — ანუ გენეტიკური ინფორმაციის დნმ-დან RNA-ში გადატანა.
ცირკადული საათი სხეულის ფიზიოლოგიაზე მრავალი მხრივ მოქმედებს: იგი ძილის, კვებითი ქცევის, ჰორმონების გამოყოფის, წნევისა და ტემპერატურის რეგულაციას ეხმარება. ჩვენი გენების დიდი ნაწილი საათით რეგულირდება.
მეცნიერების უკანა ეზო — მეცნიერის ტანჯვა
სამწუხაროდ, წარმატების ისტორიები ყოველთვის ბედნიერად არ სრულდება! მეცნიერთა ცხოვრება გამარჯვებასა და ბედნიერებაზე მეტად ტანჯვითაა სავსე. ბიოლოგიური საათის საფუძვლის ამხსნელი 3 მეცნიერიდან ერთ-ერთმა Jeffrey C. Hall-მა დაახლოებით 10 წლის წინ მეცნიერება დატოვა. 1980-იან წლებში დაწყებული კარიერის თითქმის ნახევარი საათის საიდუმლოებებს მიუძღვნა. წასვლისას უბედური იყო: სამუშაოს გასაგრძელებლად მხარდაჭერა და კვლევის დაფინანსება ვერ მიიღო. სოფლის სახლში Current Biology-ს ვრცელი ინტერვიუ მისცა და სერიოზულ პრობლემებზე ისაუბრა. მისი ხედვის გაუგებრობის გამო მსოფლიომ ნობელის ღირსი ტვინი დაკარგა.
Hall-ის ისტორიიდან სწორედ ეს უნდა ვისწავლოთ: თუ მომავლის განმსაზღვრელი ადამიანები გვინდა აღვზარდოთ, წარმატებისკენ მიმავალი თაობებისთვის ერთად უნდა ვიმუშაოთ და მეცნიერებასა და პროგრესს ნებისმიერ პირობებში მხარი დავუჭიროთ.
რას ნიშნავს ჩვენთვის ბიოლოგიური საათის ეს კვლევები?
- ცირკადული რიტმი მნიშვნელოვან როლს თამაშობს ჰორმონების გამოყოფაში, ძილის რეგულაციაში, დნმ-ის დაზიანების აღდგენაში და არტერიული წნევის მოწესრიგებაში.
- როგორც ცნობილია, კიბოს ძირითადი მიზეზია დნმ-ის დაზიანებების დაგროვება. ცირკადული რიტმი დნმ-ის აღდგენაში მონაწილეობს. მისი ცილების აღმოჩენამ შეიძლება ახალი თაობის კიბოს მკურნალობას გზა გაუხსნას.
- რიტმი დაავადებების მკურნალობაზეც მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს. ბოლო კვლევებმა აჩვენა, რომ ზოგი კიბოს წამლის მოქმედება ცირკადული რიტმის მიხედვით იცვლება.
- ყოველდღიური ფაქტორები — უძილობა, ყავის მსგავსი სტიმულატორების ჭარბი გამოყენება (ნიკოტინიც სტიმულატორია), სტრესი, ღამის ცვლა — რიტმს არღვევს და ზოგი დაავადებისთვის საფუძველს ქმნის. ამიტომ მექანიზმის გაგება თანამედროვე მედიცინის ერთ-ერთი ძირითადი საკითხია.
დაკავშირებული თემა:
- აზიზ სანჯარის ნობელის პრემიის მომტანი ნაშრომები: დნმ-ის მექანისტური აღდგენა
- 2016 წლის ნობელის მედიცინის პრემია აუტოფაგიის კვლევებისთვის Yoshinori Ohsumi-ს მიენიჭა
წყაროები
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.
ეს სტატია სასარგებლო იყო თქვენთვის?
თქვენი გამოხმაურება გვეხმარება შინაარსის გაუმჯობესებაში.
მკითხველთა კომენტარები
გაგვიზიარეთ თქვენი კომენტარი
თქვენი სახელი და კომენტარი მხოლოდ ადმინისტრატორის დამტკიცების შემდეგ გამოქვეყნდება. ელფოსტის მისამართი ვიზიტორებს არასოდეს ეჩვენებათ.
პირველმა დაწერეთ კომენტარი.