Нобелевская премия по Физиологии и Медицине. присуждена троим американским ученым

Нобелевская премия по Физиологии и Медицине присуждена троим американским ученым

В Стокгольме 2 октября 2017 года, были названы имена обладателей Нобелевской премии по физиологии и медицине. Ими стали ученые, открывшие механизмы регуляции биологических внутриклеточных часов, - это профессор Джеффри Холл из Нью-Йорка, Майкл Розбаш из Канзас-Сити и Майкл Янг из Майами.

     Суть их открытия состоит в том, что было найдено объяснение ритмам, которые присутствуют в организмах биологических существ на Земле вне зависимости от освещенности. Добровольцами проводились эксперименты, подтверждающие, что суточные ритмы существуют.

     Исследователи надолго уходили в пещеры, закрывались в бункерах, чтобы проверить гипотезу существования ритмов бодрствования и сна в тех условиях, где организм лишен информации о световом дне, а также любых звуков. Выяснилось, что хотя сутки и растягиваются, по разным данным, от 25 до 27 часов, человек продолжает жить своими «суткоподобными» ритмами, почему и говорят о «циркадности» - подобии суток.

     На растениях первые такие опыты провели еще в 1729 году: французский астроном Жан-Жак д'Ортуа Де Майран поместил в темную комнату гелиотроп и заметил, что его листья поднимаются и опускаются так же, как и на свету. С тех пор аналогичные опыты повторялись многократно и вполне убедили ученых, что циркадные ритмы есть у всех, включая одноклеточные организмы и клетки в культуре. Понятно, что эти ритмы синхронизированы с вращением Земли.

     В своих исследованиях хронобиологи ушли очень далеко, поставив опыты по извлечению отдельной клетки и проанализировав ее индивидуальные ритмы. Оказалось, что маленькая клеточка продолжает жить вне организма, соотнося свою активность с устоявшимися биоритмами. Более того, активность клетки из организма человека-«совы» будет отличаться от активности клетки, взятой у «жаворонка». 

     Профессора американских университетов Джеффри Холл, Майкл Розбаш и Майкл Янг разобрались в механизме циркадных ритмов и выявили гены, которые регулируют этот процесс.  В 1990 году Майкл Розбаш с коллегами открыли роль одного из генов в циркадных ритмах у дрозофилы. Ген, получивший название period, регулировал выработку белка PER, уровень которого в организме колебался в светлое и темное время суток, причем колебания сохранялись при содержании дрозофил в темноте.

     Периодическое снижение концентрации белка осуществлялось с помощью механизма отрицательной обратной связи: чем сильнее возрастала концентрация, тем меньше белок синтезировался. Ученые также специально изменили эти гены, получив две мутации. При первой мутации период изменений в концентрации белка становился короче, при второй - длиннее. То есть «биологические часы» мушек дрозофил с этими мутациями начинали спешить или отставать. Соответствующие изменения в концентрации белка PER коррелировали с уровнем двигательной активности у дрозофилы.

     В лаборатории Розбаша и Холла были исследованы и два других гена дрозофил, связанных с циркадными ритмами, - cycle и clock. В дальнейшем изучение генетической основы циркадных ритмов было продолжено. В результате была сформирована модель транскрипционно-трансляционной осцилляции, то есть ритмически изменяющейся экспрессии генов.

     Если говорить о человеке, то выяснилось, что причины синдрома раннего засыпания или позднего просыпания также можно найти в генах. «Виновником» раннего засыпания может быть мутация в гене hРer2, а позднее просыпание связывают с изменившимся геном hPer3.

     Как же регулируются здоровые клетки? Процесс запускают солнечные лучи. Начинают работать центральные часы организма, расположенные в головном мозге и состоящие из двух основных элементов - супрахиазматических ядер СХЯ гипоталамуса и эпифиза. Супрахиазматические ядра способны поддерживать автономный околосуточный ритм электрической активности и навязывают его внутриклеточным часам.

     Внутриклеточные часы также относительно автономны: они могут поддерживать ритм активности в течение нескольких суток и даже недель при полной темноте. «Циферблат» этих часов разбит на две части, «день» и «ночь», а «стрелками» служат «превращения» белков-активаторов BMal1 и Clock. Эти белки сначала накапливаются в цитоплазме, потом переходят в ядро клетки и там прикрепляются к специальному участку на ДНК, который называется E-box.

     При этом включаются в работу часовые гены per и cry. Это происходит рано утром. К полудню вырабатывается максимальное количество белков PER и CRY. Ночью они постепенно возвращаются в ядро и гасят активность белков BMal1 и Clock, образуя с ними прочный комплекс, что приводит к блокировке генов per и cry. Потом PER и CRY постепенно распадаются, высвобождаются молекулы BMal1 и Clock, чтобы начать новый суточный цикл.

Нобелевская премия по Физиологии и Медицине. присуждена троим американским ученым
Нобелевская премия по Физиологии и Медицине. присуждена троим американским ученым
Нобелевская премия по Физиологии и Медицине. присуждена троим американским ученым
Майкл Янг. Michael Warren Young

Майкл Янг

Лауреат Нобелевской Премии

Джеффри Холл. Jeffrey Connor Hall

Джеффри Холл

Лауреат Нобелевской Премии

Майкл Розбаш. Michael Morris Rosbash

Майкл Розбаш

Лауреат Нобелевской Премии

Герои Труда Российской Федерации

Герои Труда Российской Федерации

Спортивные Организации России

Спортивные Организации России

Герои Российской Федерации

Герои Российской Федерации

Союз Журналистов России

Союз Журналистов России

Известные пираты мира

Известные пираты мира