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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
