по популярности / по алфавиту

эксперт
Научные и НФ-комиксы на Реакторе

Михаил Заславский: Парадоксальный взгляд комиксиста может подтолкнуть ученых к открытию

«Взрослые и увлекательные комиксы будут следовать за главными событиями науки и дополнят картину мира для интеллектуалов»

подробнее

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ

КАК УВЕЛИЧИТЬ МОЩНОСТЬ РЕАКТОРА ВВЭР 1200

НОВОСТИ О ДОБЫЧЕ УРАНА

ЗА ФАСАДОМ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ / Ответы на вопросы читателей портала reactor.space

НАНОТЕРАНОСТИКА

ЗА ФАСАДОМ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Официальное сообщение Нобелевского комитета: полный перевод пресс-релиза

Официальное сообщение Нобелевского комитета: полный перевод пресс-релиза

Автор:

Фото: obelprize.org

Дата : 02.10.2017 22:17

Что на самом деле открыли нобелевские лауреаты 2017 года, изучившие молекулярные механизмы циркадных ритмов?

Как уже сообщал РЕАКТОР, Лауреатами Нобелевской премии в области физиологии и медицины стали Джеффри Холл(Университет штата Мэн), Майкл Роcбаш (Университет Брандейса) и Майкл Янг (Университет Рокфеллера).

Приводим здесь полный текст официального пресс-релиза Нобелевского комитета, посвященного открытию гена, отвечающего за циркадные циклы, и присуждению премии авторской группе.

 

Пресс-релиз

2.10.2017

Нобелевскую премию в области физиологии и медицины за 2017 год присудили профессорам Джеффри Холлу, Майклу Росбашу и Майклу Янгу за изучение молекулярных механизмов, регулирующих циркадные ритмы организма

Жизнь на Земле приспособлена ко вращению планеты. На протяжении многих лет нам известно, что у всех живых организмов есть внутренние биологические часы, помогающие адаптироваться к ежедневному ритму. Но как работают эти часы? Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг смогли заглянуть внутрь наших биологических часов и пролить свет на то, как они работают. Их открытия дают объяснение о том, как растения, животные и люди адаптируют и синхронизируют свой биологический ритм с изменениями на Земле.

На примере плодовых мушек, лауреаты выделили ген, который контролирует нормальный ежедневный биологический ритм. Они показали, что этот ген отвечает за белок, который накапливается в клетке в течение ночи, а затем, снижается днем. Вслед за этим, они идентифицировали дополнительные белковые компоненты этого механизма, подвергая его работе в клетке в условиях самообеспечения. Так стало известно, что биологические часы работают по тем же принципам и в клетках других многоклеточных организмов, включая людей.

Наши внутренние часы с удивительной точностью приспосабливают нашу физиологию к совершенно разным фазам дня. Эти часы регулируют такие важные функции, как поведение, уровень гормонов, сон, температура тела и метаболизм. Временное несоответствие между внешней средой и биологическими часами сказывается на нашем состоянии здоровья и самочувствии. Это происходит, когда человек пересекает несколько часовых поясов во время путешествия и испытывает синдром десинхронизации физиологических циклов после трансмеридиональных перелётов. Также есть признаки того, что постоянное несоответствие нашего образа жизни и ритма, который диктует нам наш внутренний хронометр, может увеличить риск различных заболеваний.

Наши внутренние часы

Большинство живых организмов адаптируются и предвосхищают ежедневные изменения окружающей среды. Астроном Жан Жак д’Ортус де Майран в течение 18 века изучал ростки мимозы. Он обнаружил, что листья растения открываются солнцу днем и закрываются к сумеркам. Он задавался вопросом: что произойдет, если поместить растение в постоянную темноту? Астроном обнаружил, что независимо от солнечного света, листья мимозы продолжали следовать своей ежедневной траектории (рисунок 1). Казалось, у растения были свои биологические часы.

Другие исследователи обнаружили, что биологические часы есть также и у животных и людей. Эта регулярная адаптация физиологии к изменениям называется “циркадным ритмом”. Термин происходит от латинского — “circa” (вокруг) и “dies” (день). Но механизм наших внутренних циркадных часов оставался загадкой.

 

Рисунок 1. Внутренние биологические часы. В течение дня листья мимозы открывались навстречу солнцу и закрывались в сумерках (верхняя часть). Жан Жак д’Ортус де Майран поместил растение в постоянную темноту (нижняя часть) и обнаружил, что независимо от солнечного света, листья мимозы продолжали следовать своему ежедневному ритму.

Идентификация гена часов

В 1970-е Сеймур Бензер (американский физик, молекулярный биолог и психогенетик) и его ученик Рональд Конопка задавались вопросом — возможно ли идентифицировать гены, контролирующие циркадный ритм у плодовых мух? Они продемострировали, что мутации неизвестного гена нарушают работу циркадных часов у мух. Они назвали этот ген “Period” (https://en.wikipedia.org/wiki/Period_(gene) ) . Но как этот ген мог повлиять на циркадный ритм?

Нобелевские лауреаты этого года, которые также изучали плодовых мух, стремились выяснить, как работают эти часы на самом деле. В 1984, Джеффри Холл и Майкл Росбаш тесно сотрудничали с Брандейским Университетом (Бостон) и Майклом Янгом (Рокфеллеровский Университет, Нью Йорк). Они сумели выделить ген Period. Затем, Джеффри Холл и Майкл Росбаш выяснили, что PER (белок, кодируемый геном Period) накапливается ночью и снижается в течение дня днём. Таким образом, уровень белка PER в течение суток колеблется синхронно с циркадным ритмом.

Саморегулирующийся механизм часов

Следующей целью было понять, как такие циркадные колебания могли возникать и поддерживаться. Профессоры Джеффри Холл и Майкл Росбаш предположили, что белок PER блокирует ген Period. Они предположили, что с помощью ингибирующей петли обратной связи, белок PER мог бы предотвратить собственный синтез и, тем самым, регулировать свой уровень в непрерывном, циклическом ритме. (Рисунок 2А)

Рисунок 2А. Упрощенная иллюстрация петли обратной связи гена Period.

На рисунке показана последовательность событий в течение суточных колебаний. Когда ген Period активен, создается мНРК (Ма́тричная рибонуклеи́новая кислота́). мРНК переносится в цитоплазму клетки и служит в качестве матрицы для производства белка PER. В ядре клетки, где активность гена Period заблокирована, накапливается белок PER. Это формирует тормозной механизм обратной связи, который лежит в основе циркадного ритма.

Такая модель была заманчивой, но отсутствовали некоторые части головоломки. Чтобы блокировать активность гена Period, белок PER, который продуцируется в цитоплазме, должен был бы достигнуть клеточного ядра, где расположен генетический материал. Джеффри Холл и Майкл Росбаш показали, что белок PER накапливается в ядре ночью, но как он туда попал? В 1994, Майкл Янг обнаружил второй ген часов, отвечающий за белок TIM, который требуется для нормального циркадного ритма. В своей работе профессор показал, что когда белки TIM и PER связаны, они способны проникнуть в ядро клетки. Там они блокировали ген Period для того, чтобы закрыть ингибирующую петлю обратной связи. (Рисунок 2Б)

 

Рисунок 2Б. Упрощенная иллюстрация молекулярных компонентов циркадных часов (подписи: Цитоплазма, ядро клетки, белки TIM и PER, ген Period, мРНК)

Такой регулятивный механизм обратной связи объяснил, как возникло колебание уровней белка. Но всё ещё оставались вопросы. Что контролировало частоту колебаний? Майкл Янг идентифицировал еще один ген (Дигидролипамидамин трансацилазу с разветвленной цепью) (https://en.wikipedia.org/wiki/DBT_(gene) ), кодирующий белок DBT. Тот, в свою очередь, задерживает накопление белка PER. Это обеспечило понимание того, как белок регулируется, в соответствии с 24-часовым циклом.

Открытие лауреатов изменило систему понятий и представлений о ключевых принципах биологических часов. В последующие годы выяснили другие молекулярные компоненты часового механизма, которые объясняют его функции и стабильность. Например, нобелевские лауреаты этого года идентифицировали дополнительные белки, необходимые для активации гена Period. А также, механизм, посредством которого свет может синхронизироваться со внутренними часами.

Хороший темп часов нашей физиологии

Биологические часы вовлечены во многие аспекты нашей сложной физиологии. Теперь мы знаем, что все многоклеточные организмы, включая людей, используют аналогичный механизм, чтобы контролировать циркадные ритмы. Большая часть наших генов регулируется биологическими часами и, следовательно, тщательно выверенный циркадный ритм приспосабливает нашу физиологию к различным этапам дня (рисунок 3). С эпохальным открытием нобелевских лауреатов, циркадная биология превратилась в огромную и динамично развивающуюся область для исследований, которая вовлекает наше здоровье и благополучие.

Понравилась заметка? Поделитесь —

Комментарии (0)

Добавить комментарий

Войти с помощью: