Tik-tak po szwedzku. Nagroda Nobla za rytmy dobowe. Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. Akta

Tak więc dla tych, którzy studiują naukę lub o niej mówią i piszą, nadszedł najważniejszy tydzień w roku. Tradycyjnie w pierwszym tygodniu października Komitet Noblowski ogłasza laureatów Nagrody Nobla. I tradycyjnie jako pierwsi rozpoznajemy laureatów nagrody w dziedzinie fizjologii lub medycyny (tak, z jakiegoś powodu w języku rosyjskim związek ten zmienił się w „i”, ale poprawnie - albo jedno, albo drugie).

W 2017 roku Instytut Karolinska, który przyznaje te nagrody, zaskoczył wszystkich. Nie jest tajemnicą, że wielu ekspertów i agencji sporządza proroctwa i przepowiednie dotyczące laureatów. W tym roku po raz pierwszy przewidywań dokonała agencja Clarivate Analytics, która oddzieliła się od agencji Thomson Reyters. W dziedzinie medycyny przewidzieli zwycięstwo Lewisa Cantleya za odkrycie białka odpowiedzialnego za rozwój nowotworów i cukrzycy, Karla Fristona za techniki neuroobrazowania oraz małżonków Yuan Chan i Patricka Moore’a za odkrycie wirusa opryszczki co powoduje mięsaka Kaposiego.

Jednak niespodziewanie dla wszystkich nagrodę (co wcale nie było nieoczekiwane) otrzymało trzech Amerykanów za odkrycie molekularnych mechanizmów rytmów dobowych - wewnętrznych zegarów molekularnych ludzi, zwierząt i roślin. Tak, prawie wszystkie żywe istoty. To samo, co nazywa się biorytmami.

Co odkryli Michael Young z Rockefeller University w Nowym Jorku, Michael Rosbash z Brandeis University i Jeffrey Hall z University of Maine?

Na początek powiedzmy tak rytmy dobowe(z łaciny circa – około i diem – dzień) NIE otwierały się. Pierwsze wzmianki o tym pojawiły się już w starożytności (i nie jest to zaskakujące, wszyscy nie śpimy w dzień, a śpimy w nocy). Gen odpowiedzialny za działanie wewnętrznego zegara również nie został odkryty przez naszych bohaterów. Tę serię eksperymentów przeprowadzili na muszkach owocowych Seymour Benzer i Ronald Konopka. Udało im się znaleźć zmutowane muszki, u których rytm dobowy trwał nie 24 godziny, jak u tych żyjących w naturze (lub jak ludzie), ale 19 lub 29 godzin lub w ogóle nie zaobserwowano rytmów dobowych. To oni odkryli gen okresu, który „rządzi” rytmem. Ale niestety Benzer zmarł w 2007 r., Konopka w 2015 r., nie czekając na Nagrodę Nobla. To często zdarza się w nauce.

Zatem sam gen okresu, czyli PER, koduje białko PER, które kieruje orkiestrą rytmów dobowych. Ale jak on to robi i jak osiąga się cykliczność wszystkich procesów? Hall i Rosbash zaproponowali hipotezę, według której białko PER przedostaje się do jądra komórkowego i blokuje pracę własnego genu (jak pamiętamy, geny to tylko instrukcja składania białka. Jeden gen – jedno białko). Ale jak to się dzieje? Jeffrey Hall i Michael Rosbash wykazali, że białko PER gromadzi się w jądrze komórkowym przez noc i jest zużywane w ciągu dnia, ale nie rozumieli, jak się tam dostało. I wtedy z pomocą przyszedł trzeci laureat, Michael Young. W 1994 roku odkrył kolejny, ponadczasowy gen, który również koduje białko – TIM. To Young wykazał, że PER może przedostać się do jądra komórkowego jedynie poprzez połączenie z białkiem TIM.

Podsumujmy więc pierwsze odkrycie: gdy gen okresu jest aktywny, w jądrze wytwarzany jest tak zwany informacyjny RNA białka PER, który jako model będzie wytwarzał białko w rybosomie. Ten informacyjny RNA opuszcza jądro do cytoplazmy, stając się matrycą do produkcji białka PER. Następnie pętla zamyka się: białko PER gromadzi się w jądrze komórkowym, gdy aktywność genu okresu zostaje zablokowana. Young odkrył kolejny gen, doubletime, który koduje białko DBT, które może „dostroić” akumulację białka PER, przesuwając je w czasie. Dzięki temu możemy dostosować się do zmian strefy czasowej oraz długości dnia i nocy. Ale - jeśli bardzo szybko zmienimy dzień w noc, wiewiórka nie nadąży za strumieniem i nastąpi jet lag.

Warto zaznaczyć, że nagroda za rok 2017 jest pierwszą od 117 lat nagrodą, która w jakiś sposób nawiązuje do cyklu snu i czuwania. Oprócz odkrycia Benzera i Konopki swoich nagród nie otrzymali także inni badacze rytmów dobowych i procesów snu, jak na przykład jedna z założycielek chronobiologii Patricia DeCorsi, odkrywca „szybkiej” fazy snu Eugene Azerinsky, jeden z ojcowie somnologii Nathaniel Kleitman... Jak więc nazwać współczesność Decyzja Komitetu Noblowskiego jest znacząca dla wszystkich, którzy zajmują się tą dziedziną.

W Sztokholmie ogłoszono laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny. Tym razem nagrodę otrzymali Jeffrey Hall, Michael Rosbash, Michael Young za odkrycie mechanizmów molekularnych leżących u podstaw rytmów dobowych – codziennych wahań różnych parametrów organizmu, charakterystycznych dla niemal wszystkich istot żywych. Ogłoszenie zwycięzcy było transmitowane na żywo na stronie internetowej Komitetu Nobla. Więcej informacji na temat pracy laureatów można znaleźć w komunikacie prasowym Komitetu Noblowskiego.

Naukowcy niezależnie odkryli w muszce owocowej muszka owocowa gen i białko okres, którego stężenie zmienia się co 24 godziny i warunkuje funkcjonowanie „zegara biologicznego” zwierzęcia.

Rytmy dobowe (od słów łacińskich około I dzień, co w przybliżeniu oznacza „w ciągu dnia”), który częściej nazywany jest zegarem biologicznym, występującym u bakterii, grzybów, roślin i zwierząt i jest oscylatorem biochemicznym, tj. regularny układ oscylacyjny. Zegar biologiczny reguluje nie tylko naprzemienność snu i czuwania, ale także zachowania żywieniowe, a u ssaków ciśnienie krwi i stężenie hormonów (w szczególności kortyzolu i melatoniny). Pomimo ich „wewnętrznego” charakteru, działanie zegara regulowane jest przez czynniki zewnętrzne, z których głównym jest światło.

Po raz pierwszy mutacje zakłócające rytmy dobowe (mutacje zegarowe) odkryli Ronald Konopka i Seymour Benzer – ich publikacja opisująca muchy o zaburzonym reżimie ukazała się w 1971 roku (obaj badacze już nie żyją, a nagroda nie jest przyznawana pośmiertnie) . Naukowcy nadali odpowiednią nazwę (kropkę) locus, w którym skoncentrowały się mutacje.

Bardziej szczegółowe badania zegara biologicznego na poziomie molekularnym rozpoczęły się w latach 80. XX wieku w laboratorium Younga na Uniwersytecie Rockefellera i na Uniwersytecie Brandeis, gdzie pracowali Hall i Rosbash. Obecni laureaci Nagrody Nobla niezależnie ustalili współrzędne genu okres i jego sekwencję nukleotydową.

Hall i Roubash byli w stanie zidentyfikować produkt genu okres- NA białko. Białko to gromadzi się w nocy i ulega degradacji w ciągu dnia. Wahania stężenia białka PER odpowiadały rytmowi dobowemu much. Okazało się, że PER reguluje ekspresję własnego genu, ale do tego potrzebuje partnera – białka TIM, kodowanego przez gen ponadczasowy. Michael Young w swojej pracy zidentyfikował ten gen i pokazał, w jaki sposób kompleks białek PER i TIM przedostaje się do jądra i blokuje aktywność genu okres.

W ciągu zaledwie 30 lat od zidentyfikowania genu okres U Drosophila odkryto dziesięć genów, których działanie całkowicie determinuje rytmy dobowe. Sześć z dziesięciu genów znaleziono w laboratorium Younga na Uniwersytecie Rockefellera. Wykazano również, że prawie siedem procent genów w mózgu Drosophila ulega ekspresji zgodnie z wahaniami rytmu dobowego.

Komitet Noblowski wybrał zwycięzców z listy kandydatów, na której znalazło się 361 wybitnych naukowców. Według prognoz dziennikarzy i agencji Clarivate Analytics, która przewiduje laureatów na podstawie wskaźnika cytowań ich prac naukowych, tegoroczna nagroda mogłaby zostać przyznana za badanie mechanizmów rozwoju nowotworów, czy też za osiągnięcia w dziedzinie immunoonkologii – odkrycia, które umożliwiły stworzenie leków do leczenia raka w oparciu o przeciwciała. Jednak prognozy po raz kolejny się myliły. Podstawą takiej prognozy było założenie, że Komitet Noblowski powinien nagradzać nagrody za fundamentalne odkrycia nagrodami za praktyczne osiągnięcia.

Daria Spaska

Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny 2017 otrzymali amerykańscy profesorowie Geoffrey Hall, Michael Rosbash i Michael Young. Badali mechanizm regulujący rytmy dobowe organizmu, tzw. zegar komórkowy. Przedstawiając laureatów, ekspert Komitetu Noblowskiego podkreślił, że sam problem nie jest niczym nowym. Już w XVIII wieku francuski naukowiec zwrócił uwagę na niektóre kwiaty, które otwierają się rano i zamykają wieczorem. Biolog przeprowadził eksperyment, umieszczając kwiaty w całkowitej ciemności na kilka dni. A oni zachowywali się tak, jakby byli w środku naturalne warunki. Podobny obraz zaobserwowano w badaniach innych roślin i zwierząt. Następnie po raz pierwszy wysunięto hipotezę dotyczącą wewnętrznego zegara organizmów żywych. Jaka jest ich istota?

Każdy z nas wie, czym jest zwykły zegar; czas mierzymy za pomocą wahadła. Okazuje się jednak, że prawie wszystkie istoty żywe mają swój wewnętrzny zegar i zamiast wahadła „działa” w nas zmiana dnia i nocy, co jest konsekwencją obrotu Ziemi wokół własnej osi” – mówi profesor. w Instytucie Nauki i Technologii Skołkowo oraz profesor Uniwersytetu Rutgers powiedział korespondentowi RG, kierownik laboratoriów w Instytucie Genetyki Molekularnej Rosyjskiej Akademii Nauk i Instytucie Biologii Genów Rosyjskiej Akademii Nauk Konstantin Severinov. - Od samego początku życia wszystkie żywe istoty musiały przystosować się do takiej zmiany. Włącz te małe zegary w każdej komórce dowolnego organizmu. I żyj według nich. Zgodnie z ich „wskazaniami” zmień swoją fizjologię - biegaj, śpij, jedz i tak dalej.

Obecni laureaci postanowili pod koniec lat 70. zajrzeć do wnętrza tych zegarków i zrozumieć, jak działają. W tym celu badali muszki owocowe i wybrane owady z mutacjami, w przypadku których zmieniono ich cykle snu i czuwania. Powiedzmy, że niektórzy spali zupełnie losowo. W ten sposób udało się zidentyfikować geny odpowiedzialne za zapewnienie prawidłowej i skoordynowanej cykli.

A potem naukowcy odkryli molekularne podłoże tych zegarków” – mówi Severinov. - Okazało się, że zidentyfikowane geny kontrolują produkcję niektórych białek w taki sposób, że gromadzą się one w nocy i rozpadają w ciągu dnia. Tak naprawdę takie wahania koncentracji są swego rodzaju wahadłem w naszym organizmie. I w zależności od tego w komórce aktywowane są różne geny, które ostatecznie kontrolują wiele procesów.

Następnie naukowcy odkryli, że dokładnie ten sam mechanizm działa nie tylko u much, ale we wszystkich żywych istotach. Został wynaleziony przez naturę, aby liczyć czas w ciele. Praktyczne znaczenie tego odkrycia jest oczywiste, na przykład wiele zaburzeń psychicznych wiąże się z zaburzeniami snu wynikającymi z zakłóceń w systemie cyklu dobowego.

Oceniając przyznanie tej nagrody, wielu ekspertów stwierdziło już, że jest to „nagroda spokojna”; nie stanie się ona eksplozją w nauce światowej, choćby dlatego, że została przyznana kilkadziesiąt lat temu. Co więcej, nagradzanie starych dzieł staje się trendem. W tym samym czasie Komitet Noblowski przeszedł obok sensacyjnej pracy nad edycją genomu, która stała się boomem ostatnie lata. „Nie zgadzam się z tą opinią” – mówi Severinov. „Edytowanie genomu zostanie nagrodzone i tak naprawdę nie jest to odkrycie, ale raczej technika genetyczna. Zegar komórkowy to prawdziwa, głęboka nauka podstawowa – wyjaśnia, w jaki sposób świat działa.

Warto zaznaczyć, że prognoza Thomson Reuters, która przewiduje laureatów od 2002 roku i najczęściej odgaduje laureatów na tle konkurencji, tym razem się nie sprawdziła. Postawili na amerykańskich naukowców, którzy pracują nad problemami nowotworowymi.

Ceremonia wręczenia nagród tradycyjnie odbędzie się 10 grudnia, w dzień śmierci fundatora Nagród Nobla, szwedzkiego przedsiębiorcy i wynalazcy Alfreda Nobla (1833-1896). Wartość Nagrody Nobla za rok 2017 wynosi dziewięć milionów koron szwedzkich (milionów dolarów amerykańskich).

Jeffrey Hall urodził się w 1945 r. w Nowym Jorku, pracuje na Uniwersytecie Brandeis od 1974 r. Michael Rosbash urodził się w Kansas City, pracuje także na Uniwersytecie Brandeis. Michael Young urodził się w 1945 r. w Miami i pracuje na Uniwersytecie Rockefellera w Nowym Jorku .

Laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za rok 2017. Byli to amerykańscy badacze Jeffrey Hall, Michael Rosbash i Michael Young. Nagroda zostanie przyznana „za odkrycie molekularnych mechanizmów kontroli rytmów dobowych”. Jakiego rodzaju są to rytmy i jakie mechanizmy nimi sterują? Dlaczego jest to takie ważne?

- Nadchodzi noc. Miasto zasypia, budzi się mafia.

O tym, że aktywność istot żywych zależy od pory dnia, wiadomo od niepamiętnych czasów. Wszyscy wiedzą, że w ciągu dnia pasą się krowy, o drugiej w nocy pieją koguty, a kocięta chwytają śpiących ludzi za pięty o drugiej w nocy. U każdego gatunku żywych istot, od jednokomórkowych cyjanobakterii po ogromne wielotonowe wieloryby i wielowiekowe drzewa, okresy aktywności zastępują okresy odpoczynku, w określonych porach dnia wydzielają się pewne hormony, liście zwijają się i rozwijają jak mechanizm zegarowy. Ale co to za zegarek? Jaka jest ich natura? Wiele kopii zostało zniszczonych w ciągu 300 lat, gdy ludzie próbowali odpowiedzieć na te pytania. W tym roku Nagrodę Nobla zasłużenie otrzymali ludzie, którzy jeśli nie położyli kresu, to przynajmniej odważnej linii dzielącej naukę o mechanizmach determinujących rytmy dobowe na „przed” i „po”.

Tło

Najbardziej logiczną odpowiedzią na pytanie, skąd bierze się ta okresowa aktywność, wydaje się być zegar słoneczny. Podobnie jak wschodzi słońce, aktywność gatunków „dziennych” wzrasta, a aktywność gatunków „nocnych” maleje. Głównym regulatorem jest oświetlenie i czynniki mu towarzyszące - wzrost i spadek temperatury, zmiany kierunku wiatru i wszystko w tym samym duchu. Z tego paradygmatu aktywnie korzystali starożytni Rzymianie, których dzień rozpoczynał się w momencie wschodu słońca nad horyzontem, a noc rozpoczynała się o zachodzie słońca. Ponieważ zarówno dzień, jak i noc składały się z 12 godzin, długość godziny dla Rzymian zależała zarówno od tego, czy była to godzina nocna, czy dzienna, jak i od pory roku.

Najpierw sprawdź, czy tak jest naprawdę czynniki zewnętrzne określić aktywność istot żywych, francuski astronom Jean-Jacques de Mero zaczął na początku XVIII wieku. Jako organizm modelowy posłużył się mimozą, która bardzo wyraźnie reaguje na zmianę dnia i nocy – w świetle dziennym jej drobne, delikatne listki zwrócone są ku słońcu, a w ciemności złożone i opuszczone. De Mero umieścił mimozę w ciemnym pudełku i ze zdumieniem obserwował, jak przez około tydzień mimo braku stymulacji światłem nadal składała i rozwijała swoje liście w odpowiednim czasie (ryc. 1). Na tej podstawie przyjął założenie, że rytm tego procesu wyznaczany jest od wewnątrz, a nie od zewnątrz.

Rysunek 1. Doświadczenie De Mero. Astronom zauważył, że mimoza zachowuje zdolność rozwijania liści rano i zwijania ich wieczorem, nawet bez ekspozycji na światło słoneczne.

Jak to często bywa w takich przypadkach, nowe zjawisko zostało na razie zapomniane i odkryte na nowo na początku XX wieku. Przez wiele dziesięcioleci toczyła się gorąca debata pomiędzy ideologami „wewnętrznego zegara” i „czynników środowiskowych”, aż w 1971 roku opublikowano przełomowy artykuł kalifornijskich naukowców, w którym wykazano, że rytmy dobowe mają charakter genetyczny. Pomysł jest nietrywialny, gdyż nawet zwolennicy „wewnętrznego zegara” uważali, że jeśli mają one charakter genetyczny, to liczba zaangażowanych genów powinna być bardzo duża, a mutacje nie będą znacząco wpływać na tę cechę.

Jako model wykorzystano muszki owocowe Drosophila. To były szalone czasy, nie wynaleziono jeszcze wzmacniaczy i sekwencerów, a zamiast pipet w laboratoriach stały kamienne siekiery. Eksperymentatorzy wlali mutageny do jaj much, powodując zmiany w losowych genach. I udało im się uzyskać trzy różne „rytmiczne” linie muszek owocowych. Pierwsza linia miała rytm dobowy trwający 28 godzin, druga 19 godzin, a w trzeciej zazwyczaj parametry rytmiczne nie podlegały żadnemu zauważalnemu cyklowi (ryc. 2). Dzięki szeroko zakrojonym badaniom z wykorzystaniem klasycznych metod genetyki badaczom udało się zlokalizować obszar odpowiedzialny za zmiany. Okazało się, że jest to gen znajdujący się na chromosomie płci X, który został nazwany okres. W tamtym czasie, przy braku metod molekularnych, nie można było posunąć się do przodu. Jaki to rodzaj genu i jak działa, pozostaje tajemnicą.

Ryc. 2. Zmutowane muszki owocowe z zakłóconymi rytmami dobowymi. Różne mutacje w genie okres może zmienić czas trwania cyklu dobowego w górę lub w dół, a nawet całkowicie go zniszczyć.

Dlaczego przyznano Nagrodę Nobla?

W połowie lat 80., kiedy kamienne topory zeszły już na dalszy plan, a pierwsze wzmacniacze nieśmiało zapuszczały korzenie w laboratoriach biologów, w Stanach Zjednoczonych nad problemem rytmów dobowych pracowały dwie grupy. Pierwszy pod przewodnictwem Jeffreya Halla i Michaela Rosbasha pracował na Uniwersytecie Brandeis w Massachusetts, drugi pod kierownictwem Michaela Younga na Uniwersytecie Rockefellera w Nowym Jorku. Mniej więcej w tym samym czasie grupom tym udało się sklonować gen okres, sekwencję i przestudiuj jej sekwencję. Pierwsze dane na temat struktury genu i kodowanego przez niego białka nie dały jednoznacznej odpowiedzi na temat mechanizmów jego działania, dając początek wielu ciekawym teoriom.

Przede wszystkim nie było jasne, na jakim poziomie działa ten gen. Większość ówczesnych założeń wiązała jego produkt, nazwany PER, z białkami błonowymi, które albo regulują dostęp do komórki jakiejś substancji czynnej z zewnątrz, albo zmieniają charakter wzajemnego oddziaływania komórek. Jedno było jasne – musi istnieć jakiś oscylator o okresie 24 godzin, a jego działanie musi być bezpośrednio powiązane z białkiem PER.

I znaleziono ten oscylator - co dziwne, okazało się, że jest to samo białko PER. Hall i Rosbash wykazali, że w neuronach much stężenie tego białka przebiega w cyklu 24-godzinnym, ze szczytem około północy. mRNA tego białka podlegało temu samemu cyklowi, jednak jego pik stężenia był przesunięty kilka godzin wcześniej w stosunku do piku białka (zwykle piki takie powinny się pokrywać). Badacze uzyskali nonsensowne mutanty tego białka (w których syntetyzowany jest mRNA, ale białko nie) i zaobserwowali, że zanikają okresowe zmiany w stężeniu mRNA. Od razu nasunął się wniosek – białko PER jest jądrowym modulatorem transkrypcji i blokuje własną syntezę (ryc. 3.). A).

Rysunek 3. Organizm posiada oscylator składający się z białek, które negatywnie regulują ekspresję własnego mRNA. Dzięki rozbudowanemu systemowi regulatorów dodatnich i ujemnych, oscylator ma okres około 24 godzin i może dostosować swoją pracę do zmian w godzinach dziennych.

Na podstawie tego ustalenia postawiono hipotezę TTFL (Pętla informacji zwrotnej o transkrypcji i tłumaczeniu- transkrypcja-tłumaczenie informacja zwrotna). Zgodnie z tą hipotezą oscylator rytmu dobowego składa się z jednego lub większej liczby białek, które kontrolują własną ekspresję poprzez negatywną regulację transkrypcji i/lub translacji. Było jasne, że to jeden gen okres nie jest w stanie w pełni zbudować rytmu dobowego, potrzebuje partnerów.

Partnerzy ci zostali odkryci przez Michaela Younga. Zidentyfikował gen, który nazwał ponadczasowy, którego mRNA i produkt (białko TIM) również podlegały 24-godzinnym oscylacjom. Okazało się, że białka PER i TIM mogą przedostać się do jądra jedynie poprzez wzajemne oddziaływanie. Jedno bez drugiego nie jest w stanie działać, a co więcej – bez komunikacji ulegają natychmiastowemu zniszczeniu w proteasomie. Razem dostają się do jądra i blokują własną ekspresję (ryc. 3 A).

Później odkryto także pozytywne regulatory ekspresji tych genów, co jeszcze bardziej skomplikowało obraz. Zidentyfikowano także powiązania z czynnikami środowiskowymi. Ci, którzy w podróży przekroczyli wiele stref czasowych, wiedzą, że początkowo organizm nie może przystosować się do nowych godzin światła dziennego, ale po kilku dniach rytmy dobowe synchronizują się z rzeczywistością, a życie znów staje się piękne, a sen zdrowy.

Jak się okazało, za takie dostrojenie odpowiada cały zestaw białek regulatorowych wpływających na ten sam oscylator PER-TIM (rys. 3). B). Na przykład Young odkrył, że białko CRY, które aktywuje się w odpowiedzi na zwiększone światło otoczenia, wiąże TIM i poddaje go degradacji. Zatem wczesny lub późny poranek zmienia charakterystykę piku TIM, co z kolei zmienia profil ekspresji PER. Po kilku dniach rytm dobowy stabilizuje się w nowym położeniu.

Wszystkie te dane i skutecznie potwierdzone hipotezy dość znacząco zmieniły nasze rozumienie rytmów dobowych. Teoria oscylatora wewnętrznego została jednoznacznie potwierdzona dzięki wysiłkom Halla, Rosbasha i Younga, za co zasłużenie otrzymali Nagrodę Nobla. Jednak badania w tym interesującym obszarze wciąż trwają.

Nie tylko muchy...

Muchy są oczywiście dobre, ale co ze ssakami w ogóle, a ludźmi w szczególności? Wszystko okazało się ogólnie podobne, ale różne w szczegółach. Rytmy dobowe u ssaków dzielą się na centralne i peryferyjne. Centralnym regulatorem jest jądro nadskrzyżowaniowe podwzgórza w mózgu. Kiedy zmienia się rytm oświetlenia, jako pierwszy zmienia swój cykl działania układu białek PER. Pod kontrolą tego jądra w szyszynce wydziela się melatonina (hormon snu), poprzez którą reguluje rytmy dobowe w innych tkankach organizmu.

Wiele funkcji fizjologicznych komórek i tkanek zostało powiązanych z białkami kaskady dobowej (ryc. 4). Na przykład rano odpowiedź insulinowa trzustki na spożycie węglowodanów jest silniejsza niż wieczorem. I nie da się tego nawet wytłumaczyć nocnym „strajkiem głodowym” - zwierząt, które są za 24 godziny stała prędkość wstrzyknął glukozę do krwi, miał najniższy poziom (a najwyższy poziom insuliny) rano. Podobnie zmienia się wchłanianie tłuszczów i białek. Zatem tak częsta w magazynach fitness rada „nie jeść po 18. roku życia” okazuje się mieć podłoże fizjologiczne.

Rysunek 4. Wiele aspektów działania Ludzkie ciało zależą od pory dnia i są kontrolowane przez rytm dobowy.

Rytmy dobowe generalnie wpływają na niemal każdy obszar naszej fizjologii. Nasza wydajność, poziom prawie wszystkich głównych hormonów, chorób itp. zależą od pory dnia. Oczywiście istnieją już grupy otrzymujące granty na temat związku zaburzeń rytmów dobowych z chorobami nowotworowymi, neurodegeneracyjnymi i choroby układu krążenia i inne ciekawe tematy.

Badania nad związkiem między rytmami dobowymi a starzeniem się są bardzo obiecujące. Wiadomo, że jądro nadskrzyżowaniowe z wiekiem ulega degradacji i na starość nie funkcjonuje już tak regularnie. Starsi ludzie znacznie gorzej potrafią przystosować się do zmian stref czasowych, gorzej tolerują wymuszone czuwanie i gorzej regenerują się podczas snu. Na gryzoniach naukowcy wykazali, że zaburzenie genów rytmu dobowego prowadzi do znacznego skrócenia oczekiwanej długości ich życia i, co ciekawe, do wcześniejszego wystąpienia chorób „związanych z wiekiem”.

Dalszy rozwój

Obecnie biologia okołodobowa rozwija się w zawrotnym tempie. Badane są możliwości wpływu farmakologicznego na rytmy dobowe, zwłaszcza te zakłócone z powodu lotów, wieku lub choroby. Preparaty melatoninowe dla podróżnych można już kupić w aptekach.