Tick-tock باللغة السويدية. جائزة نوبل للإيقاعات اليومية. جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب. ملف

لذلك ، بالنسبة لأولئك الأشخاص الذين يمارسون العلوم أو يتحدثون ويكتبون عنها ، فقد جاء أهم أسبوع في السنة. تقليديا ، في الأسبوع الأول من أكتوبر ، لجنة نوبل تعلن الفائزين بجائزة نوبل. وتقليديًا ، نحن أول من يعترف بالفائزين بالجائزة في علم وظائف الأعضاء أو الطب (نعم ، لسبب ما في روسيا تحول هذا الاتحاد إلى "و" ، لكنه صحيح - إما واحد أو آخر).

في عام 2017 ، فاجأ معهد كارولينسكا ، الذي يمنح هذه الجوائز ، الجميع. ليس سراً أن العديد من الخبراء والوكالات تقدموا بنبوءات وتوقعات الفائزين. هذا العام ، ولأول مرة ، قامت وكالة Clarivate Analytics ، التي انبثقت عن وكالة Thomson Reyters ، بالتنبؤات. في مجال الطب ، توقعوا فوز لويس كانتلي باكتشاف بروتين مسؤول عن تطور السرطان والسكري ، وكارل فريستون لتقنيات التصوير العصبي ، ويوان تشان وباتريك مور لاكتشاف فيروس الهربس المسبب. ساركوما كابوزي.

ومع ذلك ، بشكل غير متوقع للجميع ، حصل ثلاثة أمريكيين (وهو أمر غير متوقع على الإطلاق) على جائزة لاكتشاف الآليات الجزيئية لإيقاعات الساعة البيولوجية - الساعة الجزيئية الداخلية للإنسان والحيوان والنبات. نعم ، اقرأ ، جميع الكائنات الحية تقريبًا. الشيء ذاته الذي يسمى الإيقاعات الحيوية.

ماذا اكتشف مايكل يونغ من جامعة روكفلر في نيويورك ومايكل روسباش من جامعة برانديز وجيفري هول من جامعة ماين؟

بادئ ذي بدء ، دعنا نقول ذلك إيقاعات الساعة البيولوجية(من اللاتينية - حوالي ويوم - يوم) لم يفتحوا. ظهرت أولى التلميحات عن هذا في العصور القديمة (وليس من المستغرب ، فنحن جميعًا مستيقظون أثناء النهار وننام في الليل). الجين المسؤول عن تشغيل الساعة الداخلية لم يكتشفه أبطالنا أيضًا. أجرى سيمور بينزر ورونالد كونوبكا هذه السلسلة من التجارب على ذباب الفاكهة. كانوا قادرين على العثور على الذباب الطافرة التي لم تكن مدة إيقاع الساعة البيولوجية فيها 24 ساعة ، كما هو الحال في الطبيعة (أو مثل البشر) ، ولكن 19 أو 29 ساعة ، أو لم يلاحظ أي إيقاع يومي على الإطلاق. هم الذين اكتشفوا جين الفترة ، الذي "يحكم" الإيقاعات. لكن للأسف ، توفي بينزر في عام 2007 ، كونوبكا - في عام 2015 ، دون انتظار جائزة نوبل. هذا هو الحال في كثير من الأحيان في العلم.

لذا ، فإن الفترة أو جين PER نفسه يشفر بروتين PER ، الذي يقود أوركسترا إيقاعات الساعة البيولوجية. ولكن كيف يفعل ذلك ، وكيف يتم تحقيق دورية جميع العمليات؟ اقترح هول وروزباش فرضية ، وفقًا لها ، يدخل البروتين PER إلى نواة الخلية ويمنع عمل الجين الخاص به (كما نتذكر ، فإن الجينات هي مجرد تعليمات لتجميع البروتين. جين واحد - بروتين واحد). لكن كيف يحدث ذلك؟ أظهر جيفري هول ومايكل روسباش أن بروتين PER يتراكم في نواة الخلية بين عشية وضحاها ويتم استهلاكه خلال النهار ، لكنهما لم يفهما كيف تمكن من الوصول إلى هناك. ثم جاء الفائز الثالث ، مايكل يونغ ، للإنقاذ. في عام 1994 ، اكتشف جينًا آخر ، خالد ("بدون وقت") ، والذي يشفر أيضًا بروتينًا - TIM. كان يانغ هو الذي أظهر أن PER لا يمكن أن يدخل نواة الخلية إلا عن طريق الاندماج مع بروتين TIM.

لذلك ، لتلخيص الاكتشاف الأول: عندما يكون جين الفترة نشطًا ، يتم إنتاج ما يسمى بـ messenger RNA لبروتين PER في النواة ، وفقًا للنموذج ، سيتم إنتاج البروتين في الريبوسوم. يخرج هذا الحمض النووي الريبي المرسال من النواة إلى السيتوبلازم ، ليصبح نموذجًا لإنتاج بروتين PER. ثم تغلق الحلقة: يتراكم بروتين PER في نواة الخلية عندما يتم حظر نشاط جين الفترة. بعد ذلك ، اكتشف يونغ جينًا آخر ، مزدوج الوقت - "الوقت المزدوج" ، والذي يشفر بروتين DBT ، والذي يمكنه "ضبط" تراكم البروتين PER ، وتحويله في الوقت المناسب. بفضل هذا يمكننا التكيف مع التغييرات في المنطقة الزمنية وطول النهار والليل. ولكن - إذا تغيرنا من النهار إلى الليل بسرعة كبيرة ، فإن السنجاب لا يواكب النفاثة ، ويحدث اضطراب الرحلات الجوية الطويلة.

وتجدر الإشارة إلى أن جائزة 2017 هي الجائزة الأولى منذ 117 عامًا ، والتي تتعلق بطريقة ما بدورة النوم واليقظة. بالإضافة إلى اكتشاف Benzer و Konopka ، لم ينتظر باحثون آخرون في الإيقاعات اليومية وعمليات النوم جوائزهم ، مثل أحد مؤسسي علم الأحياء الزمني باتريشيا ديكورسي ، مكتشف المرحلة "السريعة" من النوم يوجين أزرينسكي ، أحدهم من آباء علم النعاس ناثانيال كليتمان ... لذلك يمكننا أن نطلق على القرار الحالي قرار لجنة نوبل مهم لكل من يعمل في هذا المجال.

تم الإعلان عن الفائزين بجائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب في ستوكهولم. هذه المرة ، مُنحت الجائزة لجيفري هول ، ومايكل روسباش ، ومايكل يونغ (جيفري هول ، ومايكل روسباش ، ومايكل يونغ) لاكتشاف الآليات الجزيئية الكامنة وراء إيقاعات الساعة البيولوجية - التقلبات اليومية في معايير الجسم المختلفة التي تتميز بها جميع الكائنات الحية تقريبًا . تم بث إعلان الفائز على الهواء مباشرة على الموقع الإلكتروني للجنة نوبل. يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول عمل الحائزين على جائزة نوبل في البيان الصحفي الصادر عن لجنة نوبل.

اكتشف الباحثون بشكل مستقل على ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة سوداء البطنالجين والبروتين فترة، يتأرجح تركيزه بمعدل 24 ساعة ويحدد عمل "الساعة البيولوجية" للحيوان.

إيقاعات الساعة البيولوجية (من الكلمات اللاتينية حواليو ديم، والتي تُترجم تقريبًا باسم "أثناء النهار") ، والتي غالبًا ما تسمى الساعة البيولوجية ، توجد في البكتيريا والفطريات والنباتات والحيوانات وهي مذبذب كيميائي حيوي ، أي نظام تذبذب منتظم. لا تنظم الساعة البيولوجية تناوب النوم واليقظة فحسب ، بل تنظم أيضًا سلوك الأكل ، وفي الثدييات ، وضغط الدم وتركيز الهرمونات (على وجه الخصوص ، الكورتيزول والميلاتونين). على الرغم من طبيعتها "الداخلية" ، يتم تنظيم نشاط الساعة بواسطة عوامل خارجية ، أهمها الضوء.

لأول مرة ، اكتشف رونالد كونوبكا وسيمور بينزر الطفرات التي تعطل إيقاعات الساعة البيولوجية (طفرات الساعة) - نُشر منشورهما الذي يصف الذباب بنظام مضطرب في عام 1971 (مات كلا الباحثان بالفعل ، ولم تُمنح الجائزة بعد وفاته) . أعطى العلماء الاسم المناسب (الفترة) للموضع الذي تركزت فيه الطفرات.

بدأت دراسة أكثر شمولاً للساعة البيولوجية على المستوى الجزيئي في الثمانينيات في مختبر الشباب بجامعة روكفلر وجامعة برانديز ، حيث عمل هول وروزباش. حدد الفائزون الحاليون بجائزة نوبل إحداثيات الجين بشكل مستقل فترةوتسلسل النيوكليوتيدات.

تمكن هول ورويباتش من تحديد منتج الجين فترة- لكل بروتين. يتراكم هذا البروتين في الليل ويتحلل أثناء النهار. تتوافق التقلبات في تركيز البروتين PER مع الإيقاعات اليومية للذباب. اتضح أن PER ينظم التعبير عن الجين الخاص به ، لكن لهذا يحتاج إلى شريك - بروتين TIM المشفر بواسطة الجين خالدة. حدد مايكل يونغ هذا الجين في عمله وأظهر كيف يدخل مركب بروتينات PER و TIM إلى النواة ويمنع نشاط الجين. فترة.

في الثلاثين عامًا التالية فقط منذ تحديد الجين فترةتم اكتشاف عشرة جينات على ذبابة الفاكهة ، والتي يحدد عملها بشكل كامل إيقاعات الساعة البيولوجية. تم العثور على ستة من الجينات العشرة في مختبر يونغ بجامعة روكفلر. كما أظهروا أن ما يقرب من سبعة في المائة من الجينات في دماغ ذبابة الفاكهة يتم التعبير عنها وفقًا للتقلبات في إيقاع الساعة البيولوجية.

اختارت لجنة نوبل الفائزين من قائمة 361 عالمًا متميزًا. وفقًا لتوقعات الصحفيين ووكالة Clarivate Analytics التي تتوقع الفائزين بناءً على فهرس الاقتباس لأعمالهم العلمية ، يمكن منح الجائزة هذا العام لدراسة آليات تطور السرطان ، أو للتطورات في مجال المناعة- علم الأورام - الاكتشافات التي جعلت من الممكن إنشاء أدوية لعلاج السرطان على أساس الأجسام المضادة. ومع ذلك ، فإن المتنبئين أخطأوا مرة أخرى. كان أساس مثل هذا التوقع هو افتراض أن لجنة نوبل يجب أن تناوب الجوائز على الاكتشافات الأساسية مع جوائز للتطورات العملية.

داريا سباسكايا

مُنحت جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب لعام 2017 للأساتذة الأمريكيين جيفري هول ومايكل روسباش ومايكل يونغ. لقد درسوا الآلية التي تنظم إيقاعات الجسم اليومية ، ما يسمى بالساعة الخلوية. وأكد خبير لجنة نوبل ، لدى تقديم الفائزين بالجائزة ، أن هذه المشكلة في حد ذاتها ليست جديدة على الإطلاق. في القرن الثامن عشر ، لفت عالم فرنسي الانتباه إلى بعض الأزهار التي تفتح في الصباح وتغلق في الليل. أجرى عالم الأحياء تجربة بوضع الأزهار في ظلام دامس لعدة أيام. وكانوا يتصرفون كما لو كانوا في الداخل فيفو. ولوحظت صورة مماثلة في دراسة النباتات والحيوانات الأخرى. ثم ، ولأول مرة ، تم طرح فرضية حول الساعة الداخلية للكائنات الحية. ما هو جوهرهم؟

كل منا يعرف ما هي الساعة العادية ، فنحن نقيس الوقت بالبندول. ولكن اتضح أن جميع الكائنات الحية تقريبًا لها ساعاتها الداخلية الخاصة بها ، وبدلاً من البندول ، فإن تغيير الليل والنهار "يعمل" فينا ، والذي ينتج عن دوران الأرض حول محورها ، - أستاذ في معهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا ، قال أستاذ في جامعة روتجرز ، لمراسل آر جي ، رئيس المختبرات في معهد علم الوراثة الجزيئية التابع لأكاديمية العلوم الروسية ومعهد بيولوجيا الجينات التابع لأكاديمية العلوم الروسية كونستانتين سيفيرينوف. - منذ بداية ظهور الحياة ، كان على جميع الكائنات الحية أن تتكيف مع مثل هذا التغيير. قم بتشغيل هذه الساعات الصغيرة في كل خلية من خلايا أي كائن حي. ويعيشون بها. وفقًا لـ "شهادتهم" لتغيير وظائفهم - الجري والنوم والأكل وما إلى ذلك.

قرر الفائزون الحاليون في أواخر السبعينيات النظر داخل هذه الساعات وفهم كيفية عملها. للقيام بذلك ، درسوا ذبابة دروسوفيلا ، حشرات منتقاة ذات طفرات تغيرت فيها دورات النوم والاستيقاظ. لنفترض أن بعض الناس ناموا بشكل عشوائي تمامًا. لذلك كان من الممكن تحديد الجينات المسؤولة عن الدورات لتكون صحيحة ومنسقة.

ثم اكتشف العلماء الخلفية الجزيئية لهذه الساعات ، كما يقول سيفرينوف. - اتضح أن الجينات المحددة تتحكم في إنتاج بروتينات معينة بحيث تتراكم في الليل وتتفكك أثناء النهار. في الواقع ، مثل هذا التقلب في التركيز هو نوع من البندول في أجسامنا. واعتمادًا على ذلك ، يتم تنشيط جينات مختلفة في الخلية ، والتي تتحكم في النهاية في العديد من العمليات.

ثم اكتشف العلماء أن نفس الآلية بالضبط لا تعمل فقط في الذباب ، ولكن في جميع الكائنات الحية. تم اختراعه بطبيعته من أجل حساب الوقت في الجسم. الأهمية العملية لهذا الاكتشاف واضحة ، على سبيل المثال ، ترتبط العديد من الاضطرابات النفسية باضطراب النوم بسبب الاضطرابات في نظام الدورة اليومية.

عند تقييم منح هذه الجائزة ، أعلن عدد من الخبراء بالفعل أن هذه "جائزة الهدوء" ، ولن تصبح انفجارًا في العلوم العالمية ، حتى لو كانت فقط لأنها صنعت قبل عدة عقود. علاوة على ذلك ، أصبح منح الأعمال القديمة اتجاهاً. في الوقت نفسه ، مرت لجنة نوبل بعمل مثير لتعديل الجينوم ، والذي أصبح طفرة. السنوات الأخيرة. يقول سيفرينوف: "لا أتفق مع هذا الرأي. سيكون لتحرير الجينوم وقتًا للحصول على جائزته ، وهذا ليس اكتشافًا تمامًا ، ولكنه تقنية وراثية. والساعة الخلوية هي علم أساسي حقيقي وعميق ، يشرح كيف يعمل العالم.

وتجدر الإشارة إلى أن توقعات شركة Thomson Reuters التي تتنبأ بالفائزين منذ عام 2002 وتخمن الفائزين أكثر من منافسيها كانت خاطئة هذه المرة. يراهنون على العلماء الأمريكيين الذين يعملون على مشاكل السرطان.

يقام حفل توزيع الجوائز تقليديًا في 10 ديسمبر ، يوم وفاة مؤسس جوائز نوبل - رجل الأعمال والمخترع السويدي ألفريد نوبل (1833-1896). حجم جائزة نوبل لعام 2017 تسعة ملايين كرونة سويدية (مليون دولار أمريكي).

ولد جيفري هول في عام 1945 في نيويورك ، وعمل في جامعة برانديز منذ عام 1974 ، ولد مايكل روسباش في مدينة كانساس ، ويعمل أيضًا في جامعة برانديز ، ولد مايكل يونغ عام 1945 في ميامي ، ويعمل في جامعة روكفلر في نيويورك.

الحائزون على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب لعام 2017. كانوا باحثين أمريكيين جيفري هول ومايكل روسباش ومايكل يونغ. سيتم منح الجائزة "لاكتشاف الآليات الجزيئية للتحكم في إيقاعات الساعة البيولوجية". ما هي هذه الإيقاعات وما هي الآليات التي تتحكم فيها؟ لماذا هو مهم جدا؟

- الليل قادم. تنام المدينة ، وتستيقظ المافيا.

حقيقة أن نشاط الكائنات الحية يعتمد على الوقت من اليوم معروفة منذ قرون. يعلم الجميع أن الأبقار ترعى أثناء النهار ، والديوك تصيح في الصباح ، والقطط الصغيرة تمسك بأعقاب النائمين في الثانية صباحًا. في كل نوع من الكائنات الحية ، من البكتيريا الزرقاء وحيدة الخلية إلى الحيتان الضخمة متعددة الأطنان والأشجار التي يبلغ عمرها قرونًا ، يتم استبدال فترات النشاط بفترات راحة ، ويتم إطلاق هرمونات معينة في أوقات معينة من اليوم ، وتترك الأوراق تتكاثر وتتكشف مثل تصورها. لكن ما هذه الساعة؟ ما هي طبيعتهم؟ تم كسر العديد من النسخ في 300 عام عندما حاول الناس الإجابة على هذه الأسئلة. مُنحت جائزة نوبل هذا العام عن جدارة للأشخاص الذين وضعوا ، إن لم يكن حدًا ، خطًا جريئًا على الأقل قسم علم الآليات التي تحدد إيقاعات الساعة البيولوجية إلى "قبل" و "بعد".

خلفية

الإجابة الأكثر منطقية على سؤال من أين يأتي هذا النشاط الدوري هي مزولة. مثل ، تشرق الشمس ، ويزداد نشاط الأنواع "النهارية" ، وتقل الأنواع "الليلية". المنظم الرئيسي هو الإضاءة ، وكذلك العوامل المصاحبة لها - ارتفاع درجة الحرارة وهبوطها ، والتغير في اتجاه الرياح ، وكل ذلك في نفس السياق. استخدم الرومان القدماء هذا النموذج بنشاط ، حيث بدأ يومهم في لحظة شروق الشمس فوق الأفق ، والليل - لحظة غروب الشمس. نظرًا لأن كلا من النهار والليل يتألفان من 12 ساعة ، فإن طول الساعة بين الرومان يعتمد على ما إذا كان الليل أو النهار ، وكذلك على الموسم.

أول من يتحقق ما إذا كان هذا صحيحًا عوامل خارجيةتحديد نشاط الكائنات الحية ، أخذها عالم الفلك الفرنسي جان جاك دي ميرو في أوائل القرن الثامن عشر. باعتباره كائنًا نموذجيًا ، استخدم الميموزا ، والتي تتفاعل بشكل واضح جدًا مع تغير النهار والليل - في النهار ، يتم توجيه أوراقها الصغيرة الرقيقة نحو الشمس ، وفي الظلام يتم طيها وخفضها لأسفل. وضع De Mero الميموزا في صندوق مظلم ولاحظ بدهشة كيف طوى وفتح أوراقه لمدة أسبوع تقريبًا على الرغم من عدم وجود تحفيز ضوئي (الشكل 1). وبناء على ذلك افترض أن إيقاع هذه العملية ينطلق من الداخل وليس من الخارج.

الشكل 1. تجربة دي ميرو.لاحظ الفلكي أن الميموزا تحتفظ بالقدرة على فتح الأوراق في الصباح وطيها مرة أخرى في الليل حتى دون التعرض لأشعة الشمس.

كما يحدث غالبًا في مثل هذه الحالات ، تم نسيان الظاهرة الجديدة في الوقت الحالي ، وأعيد اكتشافها في بداية القرن العشرين. لعقود عديدة ، كانت هناك نقاشات محتدمة بين منظري "الساعة الداخلية" و "العوامل البيئية" ، حتى تم نشر ورقة بحثية من قبل علماء كاليفورنيا في عام 1971 ، حيث أظهروا أن إيقاعات الساعة البيولوجية ذات طبيعة وراثية. الفكرة ليست تافهة ، لأن مؤيدي "الساعة الداخلية" يعتقدون أنه إذا كانت ذات طبيعة وراثية ، فإن عدد الجينات المعنية يجب أن يكون كبيرًا جدًا ، ولن تتأثر هذه السمة بشكل كبير بالطفرات.

تم استخدام ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة كنموذج. كان الوقت جامحًا ، ولم يتم اختراع مكبرات الصوت وأجهزة التسلسل بعد ، وبدلاً من الماصات في المختبرات ، كانت هناك محاور حجرية. سكب المجربون المطفرات على بيض الذباب ، مما تسبب في تغيرات في الجينات العشوائية. وتمكنوا من الحصول على ثلاثة سلالات مختلفة من ذباب الفاكهة في "الإيقاع". الخط الأول كان له إيقاع يومي لمدة 28 ساعة ، والثاني - 19 ساعة ، وفي السطر الثالث ، لم تتبع المعلمات الإيقاعية أي دورة ملحوظة على الإطلاق (الشكل 2). من خلال البحث الطويل باستخدام طرق علم الوراثة الكلاسيكي ، تمكن الباحثون من تحديد الموقع المسؤول عن التغييرات. اتضح أنه جين على كروموسوم الجنس X ، والذي تم تسميته فترة. في ذلك الوقت ، في غياب الأساليب الجزيئية ، كان من المستحيل المضي قدمًا. ما هو هذا الجين وكيف يعمل لا يزال لغزا.

الشكل 2. طفرات ذبابة الفاكهة مع إيقاعات الساعة البيولوجية المعطلة.طفرات مختلفة في الجين فترةيمكن أن تغير مدة الدورة اليومية لأعلى أو لأسفل ، أو حتى تدمرها تمامًا.

لماذا تم منح جائزة نوبل؟

في منتصف الثمانينيات ، عندما تلاشت المحاور الحجرية بالفعل في الخلفية ، واستقرت مكبرات الصوت الأولى بخجل في مختبرات علماء الأحياء ، كانت مجموعتان تعملان على مشكلة إيقاعات الساعة البيولوجية في الولايات المتحدة الأمريكية. الأول ، بقيادة جيفري هول ومايكل روسباش ، عمل في جامعة برانديز في ماساتشوستس ، والثاني بقيادة مايكل يونغ في جامعة روكفلر في نيويورك. في نفس الوقت تقريبًا ، كانت هذه المجموعات قادرة على استنساخ الجين فترةوتسلسلها ودراسة تسلسلها. لم تعط البيانات الأولى عن بنية الجين والبروتين الذي يشفره إجابة واضحة حول آليات عمله ، مما أدى إلى ظهور العديد من النظريات المثيرة للفضول.

لم يكن واضحًا ، أولاً وقبل كل شيء ، إلى أي مستوى يتصرف هذا الجين. معظم الافتراضات بعد ذلك تتعلق بمنتجه ، المسمى PER ، ببروتينات الغشاء التي إما تنظم الوصول إلى خلية أي مادة فعالة من الخارج ، أو تغير طبيعة تفاعل الخلايا مع بعضها البعض. كان هناك شيء واحد واضح - يجب أن يكون هناك مذبذب لمدة 24 ساعة ويجب أن يكون عمله مرتبطًا بشكل مباشر ببروتين PER.

وقد تم العثور على هذا المذبذب - اتضح أنه ، بشكل غريب بما فيه الكفاية ، هو بروتين PER نفسه. أظهر هول وروزباش أن تركيز هذا البروتين في الخلايا العصبية الذبابة له دورة مدتها 24 ساعة مع ذروتها في منتصف الليل تقريبًا. تبين أن mRNA لهذا البروتين يخضع لنفس الدورة ، ومع ذلك ، تبين أن ذروة تركيزه قد تغيرت قبل عدة ساعات فيما يتعلق بذروة البروتين (عادةً ، يجب أن تتزامن هذه القمم). حصل الباحثون على طفرات هراء لهذا البروتين (بينما يتم تصنيع الرنا المرسال ، لكن البروتين ليس كذلك) ورأوا أن التغيرات الدورية في تركيز الرنا المرسال تختفي. تم اتباع الاستنتاج على الفور - إن بروتين PER هو مُعدِّل نووي للنسخ ويمنع تركيبه (الشكل 3). أ).

الشكل 3. مذبذب يتكون من البروتينات التي تنظم سلبا التعبير عن mRNA الخاصة بها في الجسم. نظرًا لنظام متفرع من المنظمين الموجبين والسالبين ، فإن المذبذب له فترة 24 ساعة تقريبًا ويمكنه تعديل عمله وفقًا للتغيرات في ساعات النهار.

بناءً على هذا الاستنتاج ، تم اقتراح فرضية TTFL (حلقة تعليقات الترجمة والنسخ- ترجمة نصية استجابة). وفقًا لهذه الفرضية ، يتكون مذبذب الإيقاع اليومي من بروتين واحد أو أكثر يتحكم في التعبير عن طريق تقليل تنظيم النسخ و / أو الترجمة. كان من الواضح أن جينًا واحدًا فترةغير قادر على بناء إيقاع الساعة البيولوجية بشكل كامل ، فهو بحاجة إلى شركاء.

تم اكتشاف هؤلاء الشركاء من قبل مايكل يونغ. تعرف على الجين الذي سماه خالدة، التي تعرضت mRNA ومنتجها (بروتين TIM) أيضًا إلى تذبذبات لمدة 24 ساعة. اتضح أن بروتينات PER و TIM لا يمكن أن تدخل النواة إلا بعد التفاعل مع بعضها البعض. واحد دون الآخر غير قادر على العمل ، وأكثر من ذلك - بدون اتصال ، يتم تدميرهم على الفور في البروتياز. معًا ، يدخلون النواة ويمنعون التعبير الخاص بهم (الشكل 3 أ).

بعد ذلك ، تم العثور أيضًا على منظمات إيجابية للتعبير عن هذه الجينات ، مما زاد من تعقيد الصورة. كما تم تحديد العلاقات مع العوامل البيئية. أولئك الذين عبروا العديد من المناطق الزمنية أثناء السفر يعرفون أنه في البداية لا يستطيع الجسم التكيف مع ساعات النهار الجديدة ، ولكن بعد أيام قليلة تتزامن الإيقاعات اليومية مع الواقع ، وتصبح الحياة جميلة مرة أخرى ، والنوم سليم.

كما اتضح ، فإن مثل هذا الإعداد مسؤول عن مجموعة كاملة من البروتينات التنظيمية التي تؤثر على نفس مذبذب PER-TIM (الشكل 3). ب). على سبيل المثال ، اكتشف يونج بروتين CRY ، الذي يتم تنشيطه استجابة للضوء المحيط المتزايد ، ويربط TIM ويرسله ليتحلل. وبالتالي ، يغير الصباح الباكر أو المتأخر خصائص ذروة TIM ، والتي بدورها تغير ملف تعريف تعبير PER. بعد بضعة أيام ، يستقر إيقاع الساعة البيولوجية في وضع جديد.

كل هذه البيانات والفرضيات المؤكدة بنجاح قد غيرت فهمنا لإيقاعات الساعة البيولوجية كثيرًا. تم تأكيد نظرية المذبذب الداخلي بشكل لا لبس فيه بفضل جهود هول وروزباش ويونغ ، والتي حصلوا عليها بجدارة على جائزة نوبل. لكن البحث في هذا المجال المثير للاهتمام لا يزال مستمراً.

ليس الذباب فقط ...

الذباب جيد بالطبع ، لكن ماذا عن الثدييات بشكل عام والبشر بشكل خاص؟ اتضح أن كل شيء متشابه بشكل عام ، لكنه ممتاز في التفاصيل. تنقسم الإيقاعات اليومية في الثدييات إلى مركزية وطرفية. المنظم المركزي هو نواة فوق التصالبة في منطقة ما تحت المهاد في الدماغ. عندما يتغير إيقاع الإضاءة ، فهو أول من يعيد ترتيب دورة نشاط نظام البروتين PER. تحت سيطرة هذه النواة ، يتم إطلاق الميلاتونين (هرمون النوم) في الغدة الصنوبرية ، والذي من خلاله ينظم إيقاعات الساعة البيولوجية في أنسجة الجسم الأخرى.

تبين أن العديد من الوظائف الفسيولوجية للخلايا والأنسجة مرتبطة ببروتينات السلسلة اليومية (الشكل 4). على سبيل المثال ، في الصباح ، تكون استجابة البنكرياس للأنسولين أكثر وضوحًا من تناول الكربوهيدرات في المساء. وهذا لا يمكن حتى تفسيره من خلال "إضراب عن الطعام" ليلي - حيوانات بعد 24 ساعة سرعة ثابتةتم حقنه في جلوكوز الدم ، وكان لديه أدنى مستوى (وأعلى مستوى من الأنسولين) في الصباح. وبالمثل ، يتغير امتصاص الدهون والبروتينات. وبالتالي ، فإن نصيحة "عدم تناول الطعام بعد 18 عامًا" ، الشائعة جدًا في مجلات اللياقة البدنية ، تبين أن لها أسبابًا فسيولوجية منطقية.

الشكل 4. العديد من جوانب العملية جسم الانسانتعتمد على الوقت من اليوم وتتحكم بها الإيقاعات اليومية.

تؤثر الإيقاعات اليومية بشكل عام على كل مجال من مجالات وظائف الأعضاء لدينا تقريبًا. يعتمد أداؤنا ومستويات جميع الهرمونات الرئيسية والأمراض وما إلى ذلك على الوقت من اليوم. بالطبع ، هناك بالفعل مجموعات تتقن المنح بشأن العلاقة بين إيقاعات الساعة البيولوجية المضطربة والسرطان ، والتكاثر العصبي ، و أمراض القلب والأوعية الدمويةومواضيع أخرى مثيرة للاهتمام.

تعد دراسات العلاقة بين إيقاعات الساعة البيولوجية والشيخوخة واعدة جدًا. من المعروف أن النواة فوق التصالبية تتحلل مع تقدم العمر وتعمل بشكل أقل انتظامًا في الشيخوخة. كبار السن يتأقلمون بشكل أسوأ مع تغير المناطق الزمنية ، ويتحملون الاستيقاظ القسري بشكل أسوأ ، ويتعافون أثناء النوم. في القوارض ، أظهر الباحثون أن اضطراب جينات إيقاع الساعة البيولوجية يؤدي إلى انخفاض كبير في متوسط ​​العمر المتوقع ، ومن المثير للاهتمام ، إلى بداية مبكرة لأمراض "الشيخوخة".

مزيد من التطوير

في الوقت الحالي ، تتطور البيولوجيا اليومية بوتيرة محمومة. خيارات الدراسة للتأثيرات الدوائية على إيقاعات الساعة البيولوجية ، خاصة تلك التي يزعجها السفر أو العمر أو المرض. في الصيدليات ، يمكنك بالفعل شراء مستحضرات الميلاتونين للمسافرين.