2017-ben az orvosi Nobel-díjat három amerikai tudós kapta, akik felfedezték a cirkadián ritmusért felelős molekuláris mechanizmusokat - az emberi biológiai órát. Ezek a mechanizmusok szabályozzák az alvást és az ébrenlétet, a hormonrendszer működését, a testhőmérsékletet és az emberi szervezet egyéb paramétereit, amelyek a napszaktól függően változnak. Tudjon meg többet a tudósok felfedezéséről az RT anyagában.

Az élettani és orvosi Nobel-díj nyertesei, Reuters Jonas Ekstromer

A stockholmi Karolinska Intézet Nobel-bizottsága október 2-án, hétfőn bejelentette, hogy a 2017-es fiziológiai és orvosi Nobel-díjat Michael Young, Geoffrey Hall és Michael Rosbash amerikai tudósoknak ítélték oda a cirkadián ritmust szabályozó molekuláris mechanizmusok felfedezéséért. .

„Be tudtak jutni a szervezet biológiai órájába, és elmagyarázták, hogyan működik” – jegyezte meg a bizottság.

A cirkadián ritmusokat a szervezetben végbemenő különféle fiziológiai és biokémiai folyamatok ciklikus ingadozásainak nevezzük, amelyek a nappal és az éjszaka változásával kapcsolatosak. Az emberi test szinte minden szerve tartalmaz olyan sejteket, amelyeknek egyedi molekuláris óramechanizmusa van, ezért a cirkadián ritmusok biológiai kronométert képviselnek.

A Karolinska Institutet közleménye szerint Youngnak, Hallnak és Rosbashnak sikerült gyümölcslegyekben izolálnia egy gént, amely a napszaktól függően egy speciális fehérje felszabadulását szabályozza.

„Így a tudósok azonosítani tudták azokat a fehérjevegyületeket, amelyek részt vesznek ennek a mechanizmusnak a működésében, és megértették ennek a jelenségnek a független mechanikáját minden egyes sejten belül. Ma már tudjuk, hogy a biológiai óra ugyanezen az elven működik más többsejtű élőlények sejtjeiben, beleértve az embert is” – áll a díjat odaítélő bizottság közleményében.

• Drosophila légy
• globallookpress.com
• imagebroker/Alfred Schauhuber

A biológiai órák élő szervezetekben való jelenlétét a múlt század végén állapították meg. Az agy hipotalamuszának úgynevezett suprachiasmaticus magjában találhatók. A sejtmag a retinán lévő receptoroktól információt kap a fényszintről, és idegimpulzusokkal és hormonális változásokkal jeleket küld más szerveknek.

Emellett egyes sejtmagsejtek más szervek sejtjeihez hasonlóan saját biológiai órával rendelkeznek, amelynek működését olyan fehérjék biztosítják, amelyek aktivitása a napszaktól függően változik. E fehérjék aktivitása meghatározza más fehérjekötések szintézisét, amelyek cirkadián ritmust generálnak az egyes sejtek és egész szervek életében. Például az éjszakai, erős megvilágítású beltéri tartózkodás megváltoztathatja a cirkadián ritmust, aktiválva a PER gének fehérjeszintézisét, amely általában reggel kezdődik.

A máj az emlősök cirkadián ritmusában is jelentős szerepet játszik. Például a rágcsálók, mint az egerek vagy a patkányok, éjszakai állatok, és sötétben esznek. De ha az élelmiszer csak napközben válik elérhetővé, a máj cirkadián ciklusa 12 órával eltolódik.

Az élet ritmusa

A cirkadián ritmusok a szervezet tevékenységének napi változásai. Ide tartozik az alvás és az ébrenlét szabályozása, a hormonok felszabadulása, a testhőmérséklet és egyéb paraméterek, amelyek a cirkadián ritmusnak megfelelően változnak – magyarázza Alekszandr Melnyikov szomnológus. Megjegyezte, hogy a kutatók több évtizede fejlődnek ebbe az irányba.

„Először is meg kell jegyezni, hogy ez a felfedezés nem tegnap vagy ma. Ezeket a vizsgálatokat sok évtizeden át - a múlt század 80-as évétől napjainkig - végezték, és lehetővé tették az emberi test és más élőlények természetét szabályozó egyik mély mechanizmus felfedezését. A tudósok által felfedezett mechanizmus nagyon fontos a szervezet cirkadián ritmusának befolyásolásához” – mondta Melnikov.

• pixabay.com

A szakember szerint ezek a folyamatok nem csak a nappal és az éjszaka változása miatt következnek be. A cirkadián ritmusok még sarki éjszakai körülmények között is működni fognak.

„Ezek a tényezők nagyon fontosak, de nagyon gyakran károsodnak az emberekben. Ezek a folyamatok génszinten szabályozottak, amit a díjazottak is megerősítettek. Manapság az emberek nagyon gyakran változtatják az időzónát, és különféle stresszhatásoknak vannak kitéve, amelyek a cirkadián ritmus hirtelen megváltozásával járnak. A modern élet intenzív ritmusa befolyásolhatja a megfelelő szabályozást és a test pihenésének lehetőségeit” – zárta Melnikov. Bízik benne, hogy Young, Hall és Rosbash kutatásai lehetőséget adnak új mechanizmusok kidolgozására az emberi test ritmusának befolyásolására.

A díj története

A díj alapítója, Alfred Nobel végrendeletében az élettani és orvostudományi díjazott kiválasztását az 1810-ben alapított stockholmi Karolinska Intézetre bízta, amely a világ egyik vezető oktatási és tudományos orvosi központja. Az egyetem Nobel-bizottsága öt állandó tagból áll, akiknek joguk van szakértőket konzultációra meghívni. Az idei díjra jelöltek listáján 361 név szerepelt.

Az orvosi Nobel-díjat 107 alkalommal ítélték oda 211 tudósnak. Első díjazottja 1901-ben Emil Adolf von Behring német orvos volt, aki diftéria elleni immunizálási módszert dolgozott ki. A Karolinska Intézet Bizottsága a legjelentősebb díjnak azt a díjat tartja, amelyet 1945-ben brit tudósok, Fleming, Cheyne és Florey kaptak a penicillin felfedezéséért. Egyes díjak idővel irrelevánssá váltak, mint például az 1949-ben a lobotómiás módszer fejlesztéséért odaítélt díj.

2017-ben a bónusz összegét 8 millióról 9 millió svéd koronára (körülbelül 1,12 millió dollárra) emelték.

A díjátadó ünnepségre hagyományosan december 10-én, Alfred Nobel halálának napján kerül sor. A fiziológia és az orvostudomány, a fizika, a kémia és az irodalom területén díjakat adnak át Stockholmban. A békedíjat Nobel végrendelete szerint ugyanazon a napon osztják át Oslóban.

Kövess minket

2017. október 2-án 17:08-kor

Élettani és orvosi Nobel-díj 2017: A biológiai óra molekuláris mechanizmusa

• Népszerű tudomány,
• Biotechnológia,
• Geek Health

2017. október 2-án a Nobel-bizottság nyilvánosságra hozta a 2017. évi élettani és orvosi Nobel-díjasok nevét. 9 millió svéd koronát egyenlő arányban osztanak meg Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash és Michael W. Young amerikai biológusok a biológiai óra molekuláris mechanizmusának felfedezéséért, vagyis az élőlények életének végtelenül hurkolt cirkadián ritmusáért, emberek.

Évmilliók alatt az élet alkalmazkodott a bolygó forgásához. Régóta ismert, hogy van egy belső biológiai óránk, amely előre látja és alkalmazkodik a napszakhoz. Este el akarok aludni, reggel pedig fel akarok ébredni. A hormonok szigorúan ütemterv szerint kerülnek a vérbe, és az ember képességei/viselkedése - koordináció, reakciósebesség - a napszaktól is függ. De hogyan működik ez a belső óra?

A biológiai óra felfedezése Jean-Jacques de Meran francia csillagász nevéhez fűződik, aki a 18. században észrevette, hogy a mimóza levelei nappal a Nap felé nyílnak, éjszaka pedig bezáródnak. Kíváncsi volt, hogyan viselkedne a növény, ha koromsötétbe helyezik. Kiderült, hogy a mimóza még a sötétben is követte a tervet – olyan volt, mintha belső órája lett volna.

Később más növényekben, állatokban és emberekben is találtak ilyen bioritmusokat. A bolygó szinte minden élőlénye reagál a Napra: a cirkadián ritmus szorosan beépül a földi életbe, a bolygó összes életének anyagcseréjébe. De hogy ez a mechanizmus hogyan működik, rejtély maradt.

A Nobel-díjasok izoláltak egy gént, amely a gyümölcslegyek napi biológiai ritmusát szabályozza (az embereknek és a legyeknek sok közös génje van a közös ősök jelenléte miatt). Első felfedezésüket 1984-ben tették meg. A felfedezett gént elnevezték időszak.

Gén időszak a PER fehérjét kódolja, amely éjszaka felhalmozódik a sejtekben, nappal pedig elpusztul. A PER fehérje koncentrációja 24 órás ütemezés szerint változik a cirkadián ritmusnak megfelelően.

Ezután azonosították a fehérje további összetevőit, és teljesen feltárták a cirkadián ritmus önfenntartó intracelluláris mechanizmusát – ebben az egyedülálló válaszban a PER fehérje blokkolja a génaktivitást. időszak, azaz a PER blokkolja önmaga szintézisét, de a nap folyamán fokozatosan felbomlik (lásd a fenti ábrát). Ez egy önellátó, végtelenül hurkolt mechanizmus. Ugyanezen elven működik más többsejtű organizmusokban is.

A gén, a megfelelő fehérje és a belső óra általános mechanizmusának felfedezése után a kirakós játékból még néhány darab hiányzott. A tudósok tudták, hogy a PER fehérje éjszaka halmozódik fel a sejtmagban. Azt is tudták, hogy a megfelelő mRNS a citoplazmában termelődik. Nem volt világos, hogyan kerül a fehérje a citoplazmából a sejtmagba. 1994-ben Michael Young felfedezett egy másik gént időtlen, amely a belső óra normál működéséhez is szükséges TIM fehérjét kódolja. Bebizonyította, hogy ha a TIM kötődik a PER-hez, akkor egy pár fehérje behatol a sejtmagba, ahol blokkolja a génaktivitást. időszak, ezzel lezárva a PER fehérjetermelés végtelen ciklusát.

Kiderült, hogy ez a mechanizmus rendkívüli precizitással igazítja belső óránkat a napszakhoz. Szabályozza a szervezet különböző kritikus funkcióit, beleértve az emberi viselkedést, a hormonszinteket, az alvást, a testhőmérsékletet és az anyagcserét. Az ember rosszul érzi magát, ha átmeneti eltérés van a külső körülmények és a belső biológiai órája között, például amikor nagy távolságokat tesz meg különböző időzónákban. Bizonyítékok vannak arra is, hogy az életmód és a testórák közötti krónikus eltérés összefügg a különféle betegségek, köztük a cukorbetegség, az elhízás, a rák és a szív- és érrendszeri betegségek fokozott kockázatával.

Később Michael Young azonosított egy másik gént dupla idő, amely a DBT fehérjét kódolja, amely lassítja a PER fehérje felhalmozódását a sejtben, és lehetővé teszi a szervezet számára, hogy pontosabban alkalmazkodjon a 24 órás naphoz.

A következő években a jelenlegi Nobel-díjasok részletesebben megvilágították más molekuláris komponensek részvételét a cirkadián ritmusban, és további fehérjéket találtak, amelyek részt vesznek a génaktiválásban időszak, és azt is megtudta, hogy a fény hogyan segíti a biológiai óra szinkronizálását a külső környezeti feltételekkel.

Balról jobbra: Michael Rozbash, Michael Young, Geoffrey Hall

A belső óramechanizmus kutatása még korántsem teljes. A mechanizmusnak csak a fő részeit ismerjük. A cirkadián biológia - a belső óra és a cirkadián ritmus tanulmányozása - különálló, gyorsan fejlődő kutatási területként jelent meg. És mindez a három jelenlegi Nobel-díjasnak köszönhetően történt.

A szakértők évek óta tárgyalnak arról, hogy a cirkadián ritmusok molekuláris mechanizmusát Nobel-díjjal jutalmazzák – most pedig végre megtörtént ez az esemény.

A Nobel-bizottság ma bejelentette a 2017-es fiziológiai és orvosi díj nyerteseit. A díj idén is az Egyesült Államokba utazik, Michael Young, a New York-i Rockefeller Egyetem munkatársa, Michael Rosbash, a Brandeis Egyetem és Jeffrey Hall, a Maine-i Egyetem munkatársa osztja meg a díjat. A Nobel-bizottság döntése értelmében ezeket a kutatókat „a cirkadián ritmust szabályozó molekuláris mechanizmusok felfedezéséért” díjazták.

Azt kell mondanunk, hogy a Nobel-díj teljes 117 éves történetében talán ez az első díj az alvás-ébrenlét ciklus tanulmányozásáért, vagy általában az alvással kapcsolatos dolgokért. A híres szomnológus, Nathaniel Kleitman nem kapta meg a díjat, az ezen a területen a legkiemelkedőbb felfedezést szerző Eugene Azerinsky, aki felfedezte a REM alvást (REM - rapid eye movement, rapid eye movement phase), általában csak PhD fokozatot kapott. teljesítmény. Nem meglepő, hogy számos előrejelzésben (cikkünkben írtunk róluk) bármilyen név, kutatási téma szerepelt, de azok nem, amelyek felkeltették a Nobel-bizottság figyelmét.

Miért adták át a díjat?

Mi tehát a cirkadián ritmus, és mit fedeztek fel pontosan azok a díjazottak, akik a Nobel-bizottság titkára szerint a díj hírét „Gúnyolsz velem?”

Jeffrey Hall, Michael Rosbash, Michael Young

Circa diem latinból fordítva: „nappal körül”. Megesik, hogy a Föld bolygón élünk, ahol a nappal átadja helyét az éjszakának. És a különböző nappali és éjszakai körülményekhez való alkalmazkodás során az organizmusok belső biológiai órát fejlesztettek ki - a test biokémiai és fiziológiai aktivitásának ritmusait. Csak az 1980-as években tudták kimutatni, hogy ezek a ritmusok kizárólag belső természetűek, gombák pályára bocsátásával. Neurospora crassa. Aztán világossá vált, hogy a cirkadián ritmus nem függ a külső fénytől vagy más geofizikai jelektől.

A cirkadián ritmusok genetikai mechanizmusát az 1960-as és 1970-es években fedezték fel Seymour Benzer és Ronald Konopka, akik a Drosophila különböző cirkadián ritmusú mutáns vonalait tanulmányozták: a vad típusú legyeknél a cirkadián ritmus rezgésének periódusa körülbelül 24 óra volt. - 19 óra, másokban - 29 óra, másoknak pedig egyáltalán nem volt ritmus. Kiderült, hogy a ritmusokat a gén szabályozza PER - időszak. A következő lépést, amely segített megérteni, hogyan jelennek meg és hogyan maradnak fenn a cirkadián ritmus ilyen ingadozásai, a jelenlegi díjazottak tették meg.

Önszabályozó óramechanizmus

Geoffrey Hall és Michael Rosbash azt javasolta, hogy a gén kódolja időszak A PER fehérje blokkolja saját génjének működését, és ez a visszacsatolási hurok lehetővé teszi, hogy a fehérje megakadályozza saját szintézisét, és ciklikusan, folyamatosan szabályozza szintjét a sejtekben.

A képen az események sorozata látható 24 órás oszcilláción keresztül. Amikor a gén aktív, a PER mRNS termelődik. Kilép a sejtmagból a citoplazmába, és a PER fehérje termelésének templátjává válik. A PER fehérje felhalmozódik a sejtmagban, ha a periódusgén aktivitása blokkolva van. Ez lezárja a visszacsatolási hurkot.

A modell nagyon vonzó volt, de a kirakós néhány darabja hiányzott, hogy teljes legyen a kép. A génaktivitás blokkolásához a fehérjének be kell jutnia a sejtmagba, ahol a genetikai anyag tárolódik. Jeffrey Hall és Michael Rosbash kimutatta, hogy a PER fehérje egyik napról a másikra felhalmozódik a sejtmagban, de nem értették, hogyan került oda. 1994-ben Michael Young felfedezett egy második cirkadián ritmusgént, időtlen(angolul: „időtlen”). Kódolja a TIM fehérjét, amely a belső óránk normál működéséhez szükséges. Elegáns kísérletében Young bemutatta, hogy a TIM és a PER csak egymáshoz kötődve tud párosodni, hogy belépjen a sejtmagba, ahol blokkolja a gént. időszak.

A cirkadián ritmusok molekuláris összetevőinek egyszerűsített ábrázolása

Ez a visszacsatolási mechanizmus megmagyarázta az oszcillációk okát, de nem volt világos, hogy mi szabályozza azok frekvenciáját. Michael Young talált egy másik gént dupla idő. Tartalmazza a DBT fehérjét, amely késleltetheti a PER fehérje felhalmozódását. Így történik a rezgések „hibakeresése”, hogy egybeessenek a napi ciklussal. Ezek a felfedezések forradalmasították az emberi biológiai óra kulcsmechanizmusainak megértését. A következő években más fehérjéket is találtak, amelyek befolyásolják ezt a mechanizmust és fenntartják annak stabil működését.

Az élettani és orvosi díjat ma már hagyományosan a Nobel-hét legelején, október első hétfőjén adják át. Először 1901-ben ítélték oda Emil von Behringnek a diftéria elleni szérumterápia megalkotásáért. A történelem során összesen 108 alkalommal adták át a díjat, kilenc esetben: 1915-ben, 1916-ban, 1917-ben, 1918-ban, 1921-ben, 1925-ben, 1940-ben, 1941-ben és 1942-ben - a díjat nem adták át.

1901 és 2017 között a díjat 214 tudósnak ítélték oda, akik közül egy tucat nő volt. Eddig még nem volt olyan, hogy valaki kétszer kapott volna orvosi díjat, pedig volt olyan, hogy már meglévő díjazottat jelöltek (például a mi Ivan Pavlovunkat). Ha nem vesszük figyelembe a 2017-es díjat, akkor a díjazott átlagéletkora 58 év volt. A legfiatalabb fiziológiai és orvostudományi Nobel-díjas az 1923-as Frederick Banting (az inzulin felfedezéséért díj, 32 éves), a legidősebb az 1966-os Peyton Rose (az onkogén vírusok felfedezéséért járó díj, 87 éves) volt. ).