За что присудили Нобелевскую премию-2017 по медицине?

Нобелевскую премию по физиологии и медицине-2017 присудили американским биологам Джеффри Холлу, Майклу Росбашу и Майклу Янгу за исследования  молекулярных механизмов, лежащих в основе циркадных (суточных) ритмов

Все живое на Земле живет в согласии с суточной сменой дня и ночи – регулярными ритмами, которые задает вращение планеты вокруг своей оси. О существовании внутренних биологических часов у живых организмов, включая человека, известно давно. Однако, как эти часы функционируют? Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг заглянули в это механизм и выяснили, как растения и животные синхронизируют свои биологические ритмы с вращением Земли.

В качестве модели ученые использовали плодовую мушку дрозофилу. Дж. Холл и М. Росбаш обнаружили у нее ген (названный period), контролирующий нормальные циркадные (суточные) ритмы. Они показали, что ген кодирует белок (названный PER), который накапливается в клетках в течение ночи, а затем разрушается в течение дня. Регуляция активности гена period осуществляется по механизму отрицательной обратной связи – чем больше синтезировано белка PER, тем больше подавляется его дальнейший синтез. Белок PER синтезируется в цитоплазме и для регуляции активности собственного гена должен попасть обратно в ядро. Как это происходит? Третий лауреат премии М.Янг обнаружил еще один «часовой» ген – timeless, кодирующий белок TIM, необходимый для нормальной работы в организме «молекулярных часов». Функция белка TIM – доставить белок PER в клеточной ядро, где последний подавляет собственный синтез, что обеспечивает ритмичные нарастания и снижения собственной концентрации. Также был обнаружен ген doubletime, кодирующий белок DBT, который замедляет накопление белка PER и таким образом приближает ритмы его накопления-разрушения к 24 часам. Указанные белки влияют на экспрессию различных генов, изменяя их активность в течение суток.

Позднее лауреаты раскрыли еще целый ряд подробностей о том, как работают биологические часы. В частности, было установлено, как работа часов синхронизируется со светлым и темным временем суток.

Подобные «молекулярные часы» работают и в клетках других организмов, в том числе человека. Наши внутренние биологические часы очень точны и регулирую множество важных функций: поведение, уровни гормонов, сон, температуру тела, метаболизм. Когда внутренние часы вдруг перестают совпадать с реальностью (например, при авиаперелетах через несколько часовых поясов), мы испытываем дискомфорт. Есть данные также о том, что если наш образ жизни постоянно вступает в противоречие с биологическими часами, то это грозит различными заболеваниями.

Благодаря работам нобелевских лауреатов-2017 Джеффри Холла, Майклу Росбаша и Майкла Янга, циркадная биология развилась в обширную и динамичную область научных знаний, оказывающую значительное влияние на здоровье человека.

Читайте также: За что присудили Нобеля по медицине в 2016: аутофагия 

Нобелевская премия по медицине 2015: лекарства, спасшие миллионы жизней

Основные труды лауреатов в области циркадных ритмов:

1. Zehring, W.A., Wheeler, D.A., Reddy, P., Konopka, R.J., Kyriacou, C.P., Rosbash, M., and Hall, J.C. (1984). P-element transformation with period locus DNA restores rhythmicity to mutant, arrhythmic Drosophila melanogaster. Cell 39, 369–376.
2. Bargiello, T.A., Jackson, F.R., and Young, M.W. (1984). Restoration of circadian behavioural rhythms by gene transfer in Drosophila. Nature 312, 752–754.
3. Siwicki, K.K., Eastman, C., Petersen, G., Rosbash, M., and Hall, J.C. (1988). Antibodies to the period gene product of Drosophila reveal diverse tissue distribution and rhythmic changes in the visual system. Neuron 1, 141–150.
4. Hardin, P.E., Hall, J.C., and Rosbash, M. (1990). Feedback of the Drosophila period gene product on circadian cycling of its messenger RNA levels. Nature 343, 536–540.
5. Liu, X., Zwiebel, L.J., Hinton, D., Benzer, S., Hall, J.C., and Rosbash, M. (1992). The period gene encodes a predominantly nuclear protein in adult Drosophila. J Neurosci 12, 2735–2744.
6. Vosshall, L.B., Price, J.L., Sehgal, A., Saez, L., and Young, M.W. (1994). Block in nuclear localization of period protein by a second clock mutation, timeless. Science 263, 1606–1609.
7. Price, J.L., Blau, J., Rothenfluh, A., Abodeely, M., Kloss, B., and Young, M.W. (1998). double-time is a novel Drosophila clock gene that regulates PERIOD protein accumulation. Cell 94, 83–95.

Источник: nobelprize.org