Xronobiologiya: sirkadiyalik ritmlar

To'g'riroq atama sirkadiyalik emas, sirkadiyalik ritmlardir, chunki bu so'zning ildizi "dian" bo'lib, "kun" degan ma'noni anglatadi. Oddiyroq sinonimik atama sirkadiyalik ritmlardir.

Har qanday tirik organizmda, u qanday darajada bo'lishidan qat'i nazar, eng oddiy bakteriyalardan tortib, odamlargacha, barcha jarayonlar ma'lum bir ritmga ega. Ba'zi jarayonlar sirkadiyalik ritmlarga ega, taxminan 24 soat, ba'zilari ko'proq yoki kamroq. Jonsiz tabiat shuningdek, barcha jarayonlar, ma'lum tebranishlar - Quyosh, Yerning aylanishi va hokazo. Hamma narsa tebranish jarayonlariga ega. Uchun inson tanasi Tirkadiyalik jarayonlar muhim ahamiyatga ega, chunki bizning ritmimiz Yerning aylanishi bilan, ya'ni quyosh yoritilishi bilan belgilanadigan kunlar bilan belgilanadi. Sirkadiyalik ritmlarning paydo bo'lishi zarurati tirik tabiatning hayotga moslashishi bilan bog'liq edi. muhit kislorod va ultrabinafsha nurlarning asta-sekin o'sishi tufayli. Shuning uchun kundalik ritm boshqa omillarga emas, balki quyosh nurlanishiga moslashishdir. Nur bizning ritmimizni belgilaydi. Bunday tushuncha mavjud - endogen, ya'ni insonning ichki ritmi. G'alati, bu ritm taxminan 24,3 soat davom etadi, ya'ni bir kundan bir oz ko'proq. Ammo bizning biologik soatlarimiz doimo moslashadi tashqi omillar, va bunday tashqi omil Quyoshdir. Aytgancha, bizning ichki ritmimiz deyarli Marsdagi kunga to'g'ri keladi, shuning uchun Yerdagi hayot bu ma'noda Marsdan boshlangan degan taxmin ma'lum darajada qo'llab-quvvatlanadi.

Gormonlar sirkadiyalik ritmlarga ko'ra ishlab chiqariladi, nafas olish va boshqa ko'plab tana funktsiyalari ularga bog'liq. Bu kashfiyot uzoq vaqt oldin qilingan, ammo Nobel mukofoti Ular buning uchun faqat hozir taqdirlandilar. Bu nafaqat ushbu guruh olimlarining ko'p yillik izlanishlari natijasidir, bu mexanizmlar butun dunyoda o'rganilmoqda. Bu mexanizmlar muhim, chunki ular hammasi qanday sodir bo'lishi haqida genetik va molekulyar tushuncha beradi. Ushbu ritmlar uchun mas'ul bo'lgan bir guruh genlar mavjud va asosiy regulyatorlardan biri bu melatonin gormoni bo'lib, u ilgari noto'g'ri uyqu gormoni deb atalgan, garchi aslida bu tungi gormon. Bu quyosh nuri yo'qligi haqida tanaga signaldir. Bundan tashqari, signal nafaqat hujayra retseptorlariga, balki genomga, ya'ni DNKga ham etib boradi. Melatonin hujayra membranasi va yadrosi orqali o'tadi va inson genomiga ta'sir qiladi. Shuning uchun, uxlash vaqtida ma'lum genlar yoqiladi va boshqalar o'chiriladi. Bu tananing ishlashi uchun juda muhim, ammo, afsuski, ichida zamonaviy dunyo inson o'zini bu o'zgarishlarga tobora ko'proq duchor qiladi. Misol uchun, uyqu jadvalining o'zgarishi, agar odam dam olish kunlarida kech tursa va kech yotsa va ish kunlarida etarlicha uxlamasa, shuningdek uzoq parvozlar, shundan so'ng sirkadiyalik ritmlar keskin o'zgaradi va quyosh yoritilishining mos kelmasligi. yuzaga keladi. Bu omillarning barchasi nafaqat uyqu bilan, balki insonning uzoq umr ko'rishi bilan bog'liq muammolarni yanada kuchaytiradi.

Ushbu kashfiyot molekulyar va genetik darajada bu jarayonlar qanday sodir bo'lishini ochib beradi. Kelajakda bu mexanizmlarga aralashish imkonini beradi. Agar kimdir genetik mutatsiyaga ega bo'lsa, biz shikastlangan jarayonlarni tiklashimiz va yangilaridan foydalanishimiz mumkin dorilar duch kelgan sharoitlarga moslashish zamonaviy odam.

harbiy shifokor, ilmiy jurnalist, tibbiy blogger, aniqlash va aniqlash bo'yicha mutaxassis toza suv tibbiy charlatanlar, "Aqlli bemor" kitobining muallifi, a'zo ekspertlar kengashi Garri Xudini mukofoti, Tibbiyot jurnalistlari uyushmasi a'zosi.

Fiziologiya yoki tibbiyot sohasidagi kashfiyotlar 2017 yilgi Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan sohani hayotlarida ko'p odamlar uchratishgan, shuning uchun intuitiv ravishda mavzu tungi smenada ishlagan, qo'riqchi bo'lgan, navbatchi bo'lgan har bir kishiga yaqin va tushunarli. 24 soat tez yordam mashinasida yoki Moskvadan uchib ketdi uzoq Sharq yoki Amerika qit'asiga. Kun va tun almashinishi bilan "ichki soat" ning ahamiyati yaqqol namoyon bo'ladi.

Ehtimol, aynan amaliy yo'naltirilganligi tufayli mavzu o'ziga jalb qiladi katta raqam turli xil charlatanlar. "Biorhythm korrektorlari" haqidagi reklamalarni deyarli har qanday manbada topish mumkin, bundan tashqari, porloq jurnalda ular sizga ertalab soat 6 da jinsiy aloqa qilish yaxshiroq ekanligini aytishadi, chunki kunning bu vaqtida jinsiy gormonlar maksimal darajada bo'ladi. qon, va shifokorga tashrif buyurish kerak soat 16:00 , miyada eng endogen giyohvand analjeziklari-endorfinlar mavjud bo'lganda.

Bundan tashqari, yanada rivojlangan mo''jizalar mavjud. Misol uchun, o'zini xronofarmakolog deb ataydigan oq xalatdagi odam oddiy shifokor tomonidan tayinlangan dori-darmonlarni qabul qilishning dozalari va chastotasini optimallashtirishni taklif qilishi mumkin. Taxminlarga ko'ra, tabletkalarni qabul qilish va ichki ritmlaringiz o'rtasida aniq yozishmalarni yaratish orqali siz dozani kamaytirishingiz, kursni qisqartirishingiz, asosiy ta'sirlardan ko'proq narsani olishingiz va nojo'ya ta'sirlardan xalos bo'lishingiz mumkin. Demak, bu astrologiyaning astronomiya bilan bog'liqligi kabi farmakologiya bilan bir xil aloqaga ega. O'ylaymanki, "hap munajjimlar bashorati" tuzuvchilari endi ishonchli mijozlarning e'tiborini Nobel mukofotiga qaratib, ularning katta ilm-fanga daxldorligini ta'kidlay boshlaydilar.

Ammo hozircha biz bilimlarimizdan juda kamtarona amaliy xulosalar chiqarishimiz mumkin. Ha, istiqbollar ta'sirli, ha, mevali chivinlar va sichqonlar ustida o'tkazilgan tajribalar natijalari hayratlanarli, ammo haqiqiy klinik amaliyotda insonning "ichki soati" mexanizmiga keng ta'sir ko'rsatish uchun hali uzoq yo'l bor.

Fiziologiya yoki tibbiyot bo‘yicha 2017-yilgi Nobel mukofoti biologik soatning ishlashini belgilovchi genlarni kashf etgani uchun berildi - kecha va kunduzning o‘zgarishi bilan bog‘liq biologik jarayonlarning tsiklik tebranishlarini boshqaruvchi hujayra ichidagi mexanizm. Kundalik yoki siyanobakteriyalardan yuqori hayvonlargacha bo'lgan barcha tirik organizmlarga xosdir.

Albatta, jahon miqyosida bunday e’tirofga sazovor bo‘lgan har qanday ilmiy natija o‘zidan oldingi olimlar erishgan yutuqlarga asoslanadi. Biologik soat g'oyasi birinchi marta 17-asrda, frantsuz astronomi Jan Jak de Meran o'simlik barglari harakatining kunlik ritmi hatto qorong'uda ham yo'qolmasligini aniqlaganida paydo bo'lgan: u qat'iy "dasturlashtirilgan" va emas. muhitning harakati bilan belgilanadi.

Shu paytdan boshlab biologik soat hodisasini o'rganish boshlandi. Ma'lum bo'lishicha, deyarli barcha tirik organizmlar kunlik yoki deyarli kunlik davr bilan tsiklik jarayonlarni boshdan kechiradi. Sinxronizatsiyaning asosiy tashqi omili - kun va tunning o'zgarishi bo'lmasa ham, organizmlar kunlik ritm bo'yicha yashashni davom ettiradi, garchi bu ritmning davri kun uzunligidan uzoqroq yoki qisqaroq bo'lishi mumkin. individual xususiyatlar.

Biologik soatning genetik asosi birinchi marta 1970-yillarda, meva chivinida Per (davr uchun) geni topilganda yaratilgan. Ushbu kashfiyot mualliflari Seymur Benzer va uning talabasi Kaliforniya texnologiya institutidan Ronald Konopka kimyoviy mutagenez yordamida olingan pashshalarning yuzlab laboratoriya liniyalari bilan ishlagan holda keng ko‘lamli tajriba o‘tkazdilar. Olimlar bir xil yorug'lik davri bilan ba'zi pashshalarda uyqu va uyg'onishning sirkadiyalik ritmi davri odatdagi kundan (19 soat) yoki uzoqroq (28 soat) sezilarli darajada qisqarganini payqashdi; bundan tashqari, butunlay asinxron tsiklga ega bo'lgan "aritmiklar" kashf qilindi. Meva chivinlarida sirkadiyalik ritmni boshqaradigan genlarni aniqlashga urinishda olimlar bu ritmning buzilishi noma'lum gen yoki genlar guruhidagi mutatsiyalar bilan bog'liqligini ko'rsatdi.

Shunday qilib, bo'lajak Nobel mukofoti sovrindorlari Xoll, Rosbash va Young allaqachon uyqu va uyg'onish davridagi genetik jihatdan aniqlangan o'zgarishlarga ega chivinlar qatoriga ega edilar. 1984 yilda bu olimlar kerakli Per genini ajratib olib, ketma-ketligini aniqladilar va u kodlaydigan oqsil darajasi har kuni o'zgarib turishini, kechasi eng yuqori cho'qqiga va kunduzi pasayishini aniqladilar.

Ushbu kashfiyot tadqiqotga yangi turtki berdi, uning maqsadi sirkadiyalik ritmlarning mexanizmlari nima uchun ular shunday ishlashini va nima uchun sirkadiyalik davr turli odamlarda farq qilishi mumkinligini tushunishdir, lekin shu bilan birga u chidamli bo'lib chiqadi. harorat kabi tashqi omillar (Pittendrix, 1960). Shunday qilib, siyanobakteriyalar (ko'k-yashil suv o'tlari) ustida olib borilgan ishlar shuni ko'rsatdiki, harorat 10 ºS ga ko'tarilishi bilan ularning tsiklik metabolik jarayonlarining kunlik davri atigi 10-15% ga o'zgaradi, kimyoviy kinetika qonunlariga ko'ra bu o'zgaradi. deyarli buyurtma bo'yicha kattaroq bo'lishi kerak! Bu haqiqat haqiqiy muammoga aylandi, chunki barcha biokimyoviy reaktsiyalar kimyoviy kinetika qoidalariga bo'ysunishi kerak.

Olimlar endi tsiklik jarayonlarning ritmi ancha barqaror ekanligiga rozi bo'lishadi, chunki kunlik tsikl bir nechta gen tomonidan belgilanadi. 1994 yilda Young Drosophila'da Tim genini topdi, bu printsip bo'yicha PER protein darajasini tartibga solishda ishtirok etadigan oqsilni kodlaydi. fikr-mulohaza. Haroratning ko'tarilishi bilan nafaqat sirkadiyalik tsiklning shakllanishida ishtirok etuvchi oqsillarni, balki uni inhibe qiluvchi boshqa oqsillarni ham ishlab chiqarish ortadi, natijada biologik soatning ishlashi buzilmaydi.

Sirkadiyalik ritmlarning asosiy mexanizmlari hozirda etarlicha o'rganilgan, garchi ko'p tafsilotlar hali ham tushuntirilmagan. Shunday qilib, bir organizmda bir vaqtning o'zida bir nechta "soatlar" qanday bo'lishi aniq emas: qanday jarayonlar sodir bo'ladi? turli davrlar? Misol uchun, odamlar uyda yoki g'orda yashagan tajribalarda, kunduz va tunning o'zgarishi, ularning tana harorati, steroid gormonlar sekretsiyasi va boshqa fiziologik parametrlar haqida ma'lumot olmagan holda, bu holda taxminan 25 soatlik davr. uyqu va uyg'onish davrlari 15 dan 60 soatgacha o'zgarishi mumkin (Vever, 1975).

Sirkadiyalik ritmlarni o'rganish tananing faoliyatini tushunish uchun ham muhimdir ekstremal sharoitlar, masalan, qutbli kun va tun sharoitida ular ishlamaydigan Arktikada tabiiy omillar sirkadiyalik ritmlarni sinxronlashtirish. Bunday sharoitda uzoq vaqt qolish paytida odamning bir qator funktsiyalarning sirkadiyalik ritmlari sezilarli darajada o'zgarishi haqida ishonchli dalillar mavjud (Moshkin, 1984). Endi biz bu omil inson salomatligiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkinligini tan oldik va sirkadiyalik ritmlarning molekulyar asoslarini bilish qutb sharoitida ishlashda "foydali" bo'ladigan gen variantlarini aniqlashga yordam berishi kerak.

Ammo bioritmlar haqidagi bilim nafaqat qutb tadqiqotchilari uchun muhimdir. Sirkadiyalik ritmlar metabolizmga, immunitet tizimiga va yallig'lanishga, qon bosimiga, tana haroratiga, miya faoliyatiga va boshqalarga ta'sir qiladi. Ba'zi dorilarning samaradorligi va ularning yon ta'siri kunning vaqtiga bog'liq. Ichki va tashqi "soatlar" o'rtasida majburiy nomuvofiqlik mavjud bo'lganda (masalan, uzoq masofali parvoz yoki tungi smenada ishlash tufayli) oshqozon-ichak trakti va yurak-qon tomir tizimidagi buzilishlardan tortib tanadagi turli xil disfunktsiyalar kuzatilishi mumkin. depressiya va saraton rivojlanish xavfi ham ortadi.

Adabiyot

PITTENDRIGH C.S. Sirkadiyalik ritmlar va tirik tizimlarning sirkadiyalik tashkil etilishi. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1960;25:159-84.

Vever, R. (1975). "Insonning sirkadiyalik ko'p osilatorli tizimi". Int J Chronobiol. 3 (1): 19–55.

Moshkin M.P. Tabiatning ta'siri yorug'lik rejimi qutb tadqiqotchilarining bioritmlari haqida // Inson fiziologiyasi. 1984, 10(1): 126-129.

Tatyana Morozova tomonidan tayyorlangan

Nobel qo'mitasi bugun fiziologiya yoki tibbiyot bo'yicha 2017 yilgi mukofot g'oliblarini e'lon qildi. Bu yil mukofot yana AQShga boradi, Nyu-Yorkdagi Rokfeller universitetidan Maykl Yang, Brandeys universitetidan Maykl Rosbash va Meyn universitetidan Jeffri Xoll mukofotni baham ko'rishadi. Nobel qo'mitasi qaroriga ko'ra, ushbu tadqiqotchilar "biznesni boshqaradigan molekulyar mexanizmlarni kashf etganliklari uchun" mukofotlangan. sirkadiyalik ritmlar»..

Aytish kerakki, Nobel mukofotining butun 117 yillik tarixida bu, ehtimol, uyqu-uyg'onish siklini o'rganish yoki uyqu bilan bog'liq bo'lgan barcha narsalar uchun birinchi mukofotdir. Mashhur somnolog Nataniel Kleytman mukofotni olmadi va bu sohada eng ajoyib kashfiyotni amalga oshirgan, REM uyqusini (REM - tez ko'z harakati, tez ko'z harakati bosqichi) kashf etgan Yevgeniy Azerinskiy, odatda, o'zining ilmiy faoliyati uchun faqat fan nomzodi ilmiy darajasini oldi. muvaffaqiyat. Ko'p prognozlarda (biz ular haqida maqolamizda gaplashamiz) har qanday nomlar va har qanday tadqiqot mavzulari eslatib o'tilgan bo'lsa, lekin Nobel qo'mitasining e'tiborini tortganlar emasligi ajablanarli emas.

Nega mukofot berildi?

Shunday qilib, sirkadiyalik ritmlar nima va laureatlar aniq nimani kashf etdilar, Nobel qo'mitasi kotibining so'zlariga ko'ra, mukofot haqidagi xabarni "Meni aldayapsizmi?"

Jeffri Xoll, Maykl Rosbash, Maykl Yang

Taxminan o'lim Lotin tilidan "kun atrofida" deb tarjima qilingan. Shunday bo'ladiki, biz Yer sayyorasida yashaymiz, u erda kun o'z o'rnini kechaga beradi. Va moslashish jarayonida turli sharoitlar organizmlarda kechayu kunduz ichki biologik soatlar - organizmning biokimyoviy va fiziologik faoliyati ritmlari paydo bo'ldi. Ushbu ritmlarning faqat ichki xususiyatga ega ekanligini faqat 1980-yillarda qo'ziqorinlarni orbitaga yuborish orqali ko'rsatish mumkin edi. Neyrospora crassa. Keyin sirkadiyalik ritmlar tashqi yorug'lik yoki boshqa geofizik signallarga bog'liq emasligi ma'lum bo'ldi.

Sirkadiyalik ritmlarning genetik mexanizmi 1960-1970-yillarda Seymur Benzer va Ronald Konopka tomonidan kashf etilgan bo'lib, ular turli xil sirkadiyalik ritmlarga ega Drozofilaning mutant chiziqlarini o'rgangan: yovvoyi tipdagi pashshalarda sirkadiyalik ritm bir necha soat o'zgarib turadi24. - 19 soat, boshqalarda - 29 soat, boshqalarda esa ritm umuman yo'q edi. Ma'lum bo'lishicha, ritmlar gen tomonidan tartibga solinadi PER - davr. Sirkadiyalik ritmdagi bunday tebranishlar qanday paydo bo'lishini va saqlanishini tushunishga yordam bergan keyingi qadam hozirgi laureatlar tomonidan amalga oshirildi.

O'z-o'zini tartibga soluvchi soat mexanizmi

Jefri Xoll va Maykl Rosbash bu genni kodlashini taklif qilishdi davr PER oqsili o'z genining ishlashini bloklaydi va bu qayta aloqa zanjiri oqsilga o'z sintezini oldini olishga va tsiklik ravishda hujayralardagi o'z darajasini doimiy ravishda tartibga solishga imkon beradi.

Rasmda 24 soatlik tebranish davomidagi voqealar ketma-ketligi ko'rsatilgan. Gen faol bo'lganda, PER mRNK ishlab chiqariladi. U yadrodan sitoplazmaga chiqib, PER oqsilini ishlab chiqarish uchun shablonga aylanadi. PER oqsili davr genining faolligi bloklanganda hujayra yadrosida to'planadi. Bu fikr-mulohaza zanjirini yopadi.

Model juda jozibali edi, lekin rasmni to'ldirish uchun jumboqning bir nechta bo'lagi etishmadi. Gen faolligini blokirovka qilish uchun oqsil genetik material saqlanadigan hujayra yadrosiga kirishi kerak. Jeffri Xoll va Maykl Rosbash PER oqsili yadroda bir kechada to'planishini ko'rsatdi, ammo ular u erga qanday etib kelganini tushunishmadi. 1994 yilda Maykl Yang ikkinchi sirkadiyalik ritm genini kashf etdi. abadiy(inglizcha: “vaqtsiz”). Buning uchun zarur bo'lgan TIM oqsilini kodlaydi normal ishlash bizning ichki soatimiz. Yang o'zining oqlangan tajribasida faqat bir-biriga bog'langan holda TIM va PER juftligi hujayra yadrosiga kirib, genni blokirovka qilishini ko'rsatdi. davr.

Sirkadiyalik ritmlarning molekulyar tarkibiy qismlarining soddalashtirilgan tasviri

Ushbu qayta aloqa mexanizmi tebranishlar sababini tushuntirdi, ammo ularning chastotasini nima nazorat qilgani aniq emas edi. Maykl Yang boshqa genni topdi ikki martalik. U DBT oqsilini o'z ichiga oladi, bu PER oqsilining to'planishini kechiktirishi mumkin. Shunday qilib, tebranishlar kunlik tsiklga to'g'ri kelishi uchun "disk raskadrovka" qilinadi. Ushbu kashfiyotlar inson biologik soatining asosiy mexanizmlari haqidagi tushunchamizda inqilob qildi. Keyingi yillarda ushbu mexanizmga ta'sir qiluvchi va uning barqaror ishlashini ta'minlaydigan boshqa oqsillar topildi.

Misol uchun, bu yilgi laureatlar genni keltirib chiqaradigan qo'shimcha oqsillarni topdilar davr ish va oqsillar, ular yordamida yorug'lik biologik soatni sinxronlashtiradi (yoki vaqt zonalarining keskin o'zgarishi bilan jet lagni keltirib chiqaradi).

Mukofot haqida

Eslatib o'tamiz, fiziologiya yoki tibbiyot bo'yicha Nobel mukofoti (ta'kidlash joizki, asl sarlavhada "va" o'rnida "yoki" predlogi eshitiladi) 1895 yilda Alfred Nobelning vasiyatnomasida belgilangan beshta mukofotdan biridir va agar biz hujjatning xatiga amal qilamiz, har yili "fiziologiya yoki tibbiyot sohasidagi kashfiyot yoki ixtiro uchun" o'tgan yili qilingan va olib kelinishi kerak maksimal foyda insoniyatga. Biroq, "o'tgan yilgi tamoyil" deyarli hech qachon kuzatilmaganga o'xshaydi.

Endi fiziologiya yoki tibbiyot bo'yicha mukofot an'anaviy tarzda Nobel haftasining boshida, oktyabr oyining birinchi dushanbasida topshiriladi. Birinchi marta 1901 yilda difteriya uchun sarum terapiyasini yaratish uchun mukofotlangan. Umuman olganda, tarix davomida mukofot 108 marta, to'qqiz holatda: 1915, 1916, 1917, 1918, 1921, 1925, 1940, 1941 va 1942 yillarda - mukofot berilmagan.

1901 yildan 2017 yilgacha mukofot 214 nafar olimga berildi, ulardan o‘n nafari ayollar edi. Hozirgacha tibbiyot bo'yicha mukofotni ikki marta olgan birortasi bo'lmagan, garchi mavjud laureat (masalan, bizniki) nomzodi qo'yilgan bo'lsa-da. Agar siz 2017 yilgi mukofotni hisobga olmasangiz, unda o'rtacha yosh Laureat 58 yoshda edi. Fiziologiya va tibbiyot sohasidagi eng yosh Nobel mukofoti laureati 1923 yil laureati Frederik Banting (insulin kashfiyoti uchun mukofot, 32 yosh), eng keksasi 1966 yilgi Peyton Rouz (onkogen viruslarni kashf etgani uchun mukofot, 87 yosh) edi. ).

2017 yil uchun fiziologiya yoki tibbiyot bo'yicha Nobel mukofoti laureatlari. Ular amerikalik tadqiqotchilar Jeffri Xoll, Maykl Rosbash va Maykl Yang edi. Mukofot "sirkadiyalik ritmlarni boshqarishning molekulyar mexanizmlarini kashf etgani uchun" beriladi. Bu qanday ritmlar va ularni qanday mexanizmlar boshqaradi? Nima uchun bu juda muhim?

- Kech keldi. Shahar uxlab qoladi, mafiya uyg'onadi.

Tirik mavjudotlarning faoliyati kunning vaqtiga bog'liqligi azaldan ma'lum. Hamma biladiki, sigirlar kunduzi o‘tlaydi, ertalab xo‘roz qichqiradi, mushukchalar tungi soat ikkilarda uxlab yotgan odamlarning tovonidan ushlaydi. Bir hujayrali siyanobakteriyalardan tortib ulkan ko'p tonnalik kitlar va ko'p asrlik daraxtlargacha bo'lgan barcha turdagi tirik mavjudotlarda faoliyat davrlari dam olish davrlari bilan almashtiriladi, kunning ma'lum vaqtlarida ma'lum gormonlar ajralib chiqadi, barglar burishadi va ochiladi. soat mexanizmi. Lekin bu qanday soat? Ularning tabiati qanday? 300 yil davomida odamlar bu savollarga javob berishga harakat qilgan ko'plab nusxalar buzilgan. Bu yilgi Nobel mukofoti sirkadiyalik ritmlarni belgilovchi mexanizmlar fanini "oldin" va "keyin" ga ajratadigan, hatto oxiri bo'lmasa ham, hech bo'lmaganda qalin chiziqni qo'ygan odamlarga munosib ravishda berildi.

Fon

Bu davriy faoliyat qayerdan keladi, degan savolga eng mantiqiy javob quyosh soati kabi ko'rinadi. Xuddi quyosh ko'tariladi, "kunduzgi" turlarning faolligi oshadi va "tungi" turlarning faolligi pasayadi. Asosiy regulyator yorug'lik, shuningdek, unga hamroh bo'lgan omillar - haroratning ko'tarilishi va pasayishi, shamol yo'nalishining o'zgarishi va hamma narsa bir xil ruhda. Ushbu paradigma qadimgi rimliklar tomonidan faol ishlatilgan, ularning kuni quyosh ufqdan ko'tarilgan paytda, tun esa quyosh botganda boshlangan. Kecha ham, kunduz ham 12 soatdan iborat bo'lganligi sababli, rimliklar uchun bir soatning uzunligi tungi soat yoki kunlik soat bo'lganiga ham, yilning vaqtiga ham bog'liq edi.

Birinchi bo'lib 18-asr boshlarida fransuz astronomi Jan-Jak de Mero tirik mavjudotlarning faolligini tashqi omillar haqiqatan ham belgilaydimi yoki yo'qligini tekshirgan. U namunali organizm sifatida kun va tunning o'zgarishiga juda aniq ta'sir ko'rsatadigan mimozadan foydalangan - kunduzi uning mayda nozik barglari quyosh tomon buriladi, qorong'ida esa ular buklanadi va pastga tushadi. De Mero mimozani qorong'i qutiga solib, hayrat bilan kuzatdi, chunki u taxminan bir hafta davomida yorug'lik stimulyatsiyasining yo'qligiga qaramay, barglarini o'z vaqtida yig'ish va ochishda davom etdi (1-rasm). Shunga asoslanib, u bu jarayonning ritmi tashqaridan emas, balki ichkaridan o'rnatiladi, degan taxminni ilgari surdi.

1-rasm. De Mero tajribasi. Astronomning ta'kidlashicha, mimoza ertalab barglarini ochish va kechasi quyosh nuriga ta'sir qilmasdan ham ularni orqaga qaytarish qobiliyatini saqlab qoladi.

Bunday hollarda ko'pincha sodir bo'lganidek, yangi hodisa hozircha unutilgan va 20-asrning boshlarida qayta kashf etilgan. Ko'p o'n yillar davomida "ichki soat" va "atrof-muhit omillari" mafkurachilari o'rtasida qizg'in bahs-munozaralar bo'lib, 1971 yilda Kaliforniyalik olimlarning yutuqli maqolasi nashr etilgunga qadar, ular sirkadiyalik ritmlarning tabiatda genetik ekanligini ko'rsatdilar. Bu g'oya ahamiyatsiz emas, chunki hatto "ichki soat" tarafdorlari, agar ular genetik xususiyatga ega bo'lsa, unda ishtirok etadigan genlar soni juda ko'p bo'lishi kerak va mutatsiyalar bu xususiyatga sezilarli ta'sir ko'rsatmaydi, deb ishonishgan.

Drosophila mevali chivinlari namuna sifatida ishlatilgan. Bu yovvoyi vaqt edi, kuchaytirgichlar va sekvenserlar hali ixtiro qilinmagan va laboratoriyalarda pipetkalar o'rniga tosh boltalar mavjud edi. Tajribachilar mutagenlarni chivin tuxumlariga quyib, tasodifiy genlarning o'zgarishiga olib keldi. Va ular uch xil "ritmik" mevali chivinlarni olishga muvaffaq bo'lishdi. Birinchi qatorda sirkadiyalik ritm 28 soat davom etgan, ikkinchisi - 19 soat, uchinchisida, odatda, ritmik parametrlar hech qanday sezilarli tsiklga umuman bo'ysunmagan (2-rasm). Klassik genetik usullardan foydalangan holda keng qamrovli tadqiqotlar natijasida tadqiqotchilar o'zgarishlar uchun mas'ul bo'lgan hududni mahalliylashtirishga muvaffaq bo'lishdi. Bu jinsiy X xromosomadagi gen bo'lib chiqdi, unga nom berilgan davr. O'sha paytda molekulyar usullar mavjud bo'lmaganda, oldinga siljish mumkin emas edi. Bu qanday gen va qanday ishlashi sirligicha qolmoqda.

Shakl 2. Sirkadiyalik ritmlari buzilgan mutant mevali chivinlar. Gendagi turli mutatsiyalar davr sirkadiyalik tsiklning davomiyligini yuqoriga yoki pastga o'zgartirishi yoki hatto uni butunlay yo'q qilishi mumkin.

Nega Nobel mukofoti berildi?

1980-yillarning o'rtalarida, tosh boltalar allaqachon fonga o'tib ketgan va birinchi kuchaytirgichlar biologlar laboratoriyalarida qo'rqoqlik bilan ildiz otgan paytda, Qo'shma Shtatlarda ikki guruh sirkadiyalik ritmlar muammosi ustida ishlagan. Birinchisi, Jeffri Xoll va Maykl Rosbash rahbarligida Massachusets shtatidagi Brandeys universitetida, ikkinchisi Maykl Yang rahbarligida Nyu-Yorkdagi Rokfeller universitetida ishlagan. Taxminan bir vaqtning o'zida bu guruhlar genni klonlay olishdi davr, ketma-ketligi va uning ketma-ketligini o'rganish. Genning tuzilishi va u kodlagan oqsil haqidagi birinchi ma'lumotlar uning ishlash mexanizmlari haqida aniq javob bermadi va ko'plab qiziq nazariyalarni keltirib chiqardi.

Bu gen, birinchi navbatda, qanday darajada harakat qilgani noma'lum edi. O'sha paytdagi taxminlarning ko'pchiligi uning PER deb nomlangan mahsulotini membrana oqsillari bilan bog'lagan, ular hujayraga tashqaridan biron bir faol moddaning kirishini tartibga soladi yoki hujayralarning bir-biri bilan o'zaro ta'sirini o'zgartiradi. Bir narsa aniq edi - 24 soatlik vaqtga ega qandaydir osilator bo'lishi kerak va uning ishlashi PER oqsiliga bevosita bog'liq bo'lishi kerak.

Va bu osilator topildi - bu g'alati darajada PER oqsilining o'zi bo'lib chiqdi. Xoll va Rosbash pashsha neyronlarida bu oqsilning kontsentratsiyasi 24 soatlik tsiklga ega ekanligini ko'rsatdi, uning cho'qqisi yarim tunda. Ushbu oqsilning mRNKsi bir xil tsiklga bo'ysungan, ammo uning kontsentratsiyasi cho'qqisi oqsil cho'qqisiga nisbatan bir necha soat oldin o'zgargan (odatda bunday cho'qqilar mos kelishi kerak). Tadqiqotchilar ushbu oqsil uchun bema'ni mutantlarni oldilar (ularda mRNK sintezlanadi, ammo oqsil yo'q) va mRNK kontsentratsiyasidagi davriy o'zgarishlar yo'qolganini ko'rdi. Xulosa darhol paydo bo'ldi - PER oqsili transkripsiyaning yadro modulyatori bo'lib, o'z sintezini bloklaydi (3-rasm). A).

Shakl 3. Tananing o'z mRNK ifodasini salbiy tartibga soluvchi oqsillardan tashkil topgan osilator mavjud. Ijobiy va salbiy regulyatorlarning keng tizimi tufayli osilator taxminan 24 soatlik vaqtga ega va o'z ishini kunduzgi soatlardagi o'zgarishlarga moslashtira oladi.

Ushbu xulosaga asoslanib, gipoteza taklif qilindi TTFL (Transkripsiya-tarjima bo'yicha fikr-mulohaza zanjiri- transkripsiya-tarjima aloqasi). Ushbu farazga ko'ra, sirkadiyalik ritm osilatori transkripsiya va / yoki tarjimaning salbiy regulyatsiyasi orqali o'z ifodasini boshqaradigan bir yoki bir nechta oqsillardan iborat. Bir gen ekanligi aniq edi davr sirkadiyalik ritmni to'liq qurishga qodir emas, unga sheriklar kerak.

Ushbu sheriklarni Maykl Yang kashf etgan. U o'zi nomlagan genni aniqladi abadiy, mRNK va mahsuloti (TIM oqsili) ham 24 soatlik tebranishlarga duchor bo'lgan. Ma'lum bo'lishicha, PER va TIM oqsillari yadroga faqat bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilish orqali kirishi mumkin. Biri ikkinchisisiz ishlamaydi, bundan tashqari, aloqasiz ular proteazomada bir zumda yo'q qilinadi. Ular birgalikda yadroga kirib, o'zlarining ifodalarini bloklaydilar (3-rasm). A).

Keyinchalik bu genlar ifodasining ijobiy regulyatorlari ham topildi, bu esa rasmni yanada murakkablashtirdi. Atrof-muhit omillari bilan aloqalari ham aniqlangan. Sayohat paytida ko'p vaqt zonalarini kesib o'tganlar biladilarki, dastlab tana yangi yorug'lik soatlariga moslasha olmaydi, biroq bir necha kundan keyin sirkadiyalik ritmlar haqiqat bilan hamohang bo'ladi va hayot yana go'zallashadi va uyqu sog'lom bo'ladi.

Ma'lum bo'lishicha, bir xil PER-TIM osilatoriga ta'sir qiluvchi tartibga soluvchi oqsillarning butun majmuasi bunday sozlash uchun javobgardir (3-rasm). b). Masalan, Young CRY oqsilini kashf etdi, u ko'tarilgan muhit yorug'ligiga javoban faollashadi, TIMni bog'laydi va uni parchalanishga yuboradi. Shunday qilib, erta yoki kech ertalab TIM tepalik xususiyatlarini o'zgartiradi, bu esa o'z navbatida PER ifoda profilini o'zgartiradi. Bir necha kundan keyin sirkadiyalik ritm yangi holatida barqarorlashadi.

Ushbu ma'lumotlarning barchasi va muvaffaqiyatli tasdiqlangan farazlar bizning sirkadiyalik ritmlar haqidagi tushunchamizni sezilarli darajada o'zgartirdi. Xoll, Rosbash va Yangning sa'y-harakatlari tufayli ichki osilator nazariyasi aniq tasdiqlandi, ular Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi. Ammo bu qiziqarli soha bo'yicha tadqiqotlar hali ham davom etmoqda.

Faqat chivinlar emas ...

Chivinlar, albatta, yaxshi, lekin umuman sutemizuvchilar va ayniqsa odamlar haqida nima deyish mumkin? Umuman olganda, hamma narsa o'xshash bo'lib chiqdi, ammo tafsilotlari boshqacha. Sutemizuvchilarda sirkadiyalik ritmlar markaziy va periferiklarga bo'linadi. Markaziy regulyator miyadagi gipotalamusning supraxiazmatik yadrosidir. Yoritish ritmi o'zgarganda, u birinchi bo'lib PER protein tizimining faollik tsiklini qayta tashkil qiladi. Ushbu yadro nazorati ostida pineal bezda melatonin (uyqu gormoni) ajralib chiqadi va u orqali tananing boshqa to'qimalarida sirkadiyalik ritmlarni tartibga soladi.

Hujayralar va to'qimalarning ko'plab fiziologik funktsiyalari sirkadiyalik kaskadning oqsillari bilan bog'liq edi (4-rasm). Misol uchun, ertalab oshqozon osti bezining uglevodlarni iste'mol qilish uchun insulin reaktsiyasi kechqurunga qaraganda kuchliroqdir. Va buni hatto tungi "ochlik" bilan izohlab bo'lmaydi - 24 soatlik hayvonlar doimiy tezlik qonga glyukoza AOK qilingan, ertalab eng past darajaga (va eng yuqori insulin darajasiga) ega bo'lgan. Yog'lar va oqsillarning so'rilishi ham xuddi shunday o'zgaradi. Shunday qilib, fitnes jurnallarida tez-tez uchraydigan "18 yoshdan keyin ovqatlanmaslik" maslahati fiziologik asosga ega bo'lib chiqadi.

Shakl 4. Inson tanasi faoliyatining ko'p jihatlari kunning vaqtiga bog'liq va sirkadiyalik ritmlar bilan boshqariladi.

Sirkadiyalik ritmlar odatda fiziologiyamizning deyarli barcha sohalariga ta'sir qiladi. Bizning ishlashimiz, deyarli barcha asosiy gormonlar darajasi, kasalliklar va boshqalar kunning vaqtiga bog'liq. Albatta, buzilgan sirkadiyalik ritmlar va saraton, neyrodegenerativ va saraton o'rtasidagi bog'liqlik bo'yicha grant olgan guruhlar allaqachon mavjud. yurak-qon tomir kasalliklari va boshqa qiziqarli mavzular.

Sirkadiyalik ritmlar va qarish o'rtasidagi munosabatlarni o'rganish juda istiqbolli. Ma'lumki, supraxiazmatik yadro yoshi bilan tanazzulga yuz tutadi va keksalikda u endi muntazam ravishda ishlamaydi. Keksa odamlar vaqt zonasining o'zgarishiga sezilarli darajada moslasha olmaydilar, majburiy uyg'onishga toqat qiladilar va uxlash vaqtida yomonroq tuzaladilar. Kemiruvchilardan foydalanib, tadqiqotchilar sirkadiyalik ritm genlarining buzilishi ularning umr ko'rish davomiyligining sezilarli darajada qisqarishiga va eng qizig'i shundaki, "yoshga bog'liq" kasalliklarning erta boshlanishiga olib kelishini ko'rsatdi.

Keyingi rivojlanish

Hozirgi vaqtda sirkadiyalik biologiya jadal sur'atlar bilan rivojlanmoqda. Sirkadiyalik ritmlarga, ayniqsa parvozlar, yosh yoki kasallik tufayli buzilgan farmakologik ta'sir variantlari o'rganilmoqda. Siz allaqachon dorixonalarda sayohatchilar uchun melatonin preparatlarini sotib olishingiz mumkin.