"Биологические часы" принесла Нобелевскую премию в области медицины американский ученый

Опубликованно 25.10.2017 12:01

Новинка: Три американские ученые разделили высшую награду научного изучения механизма функционирования внутренних часов живых организмов.

Жизнь на Земле подходит к вращению нашей планеты вокруг Солнца. Уже много лет мы знаем о существовании внутри живых организмов, включая человека, биологические часы, которые помогают предсказать, циркадный ритм и адаптироваться к нему. Но как именно работают эти часы? Американский генетик и хронобиологи Джеффри Холл, Майкл Розбаш и Майкл Янг сможете заглянуть внутрь этого механизма и пролить свет на его скрытую работу. Их выводы объясняют, как растения, животные и люди приспосабливаются их биологические ритмы, для синхронизации с днями цикла вращения Земли, как сообщает 112.ua.

Используя фруктовые мух в качестве подопытных организмов, лауреаты Нобелевской премии-2017 выделили ген, который контролирует нормальный циркадный ритм живых существ. Кроме того, они показали, как этот ген кодирует белок, который накапливается в клетке ночью и перерывы в течение дня, таким образом, вынуждая соблюдать этот ритм. Впоследствии они определили дополнительные белковые компоненты, управляющие механизмом самодостаточным "часов" внутри клетки. И теперь мы знаем, что биологические часы работают по тому же принципу, как внутри отдельных клеток, так и внутри многоклеточных организмов, например, людей.

Благодаря исключительной точности наши внутренние часы соответствовать нашей физиологии на различных этапах день – утро, день, вечер и ночь. Эти часы регулируют важные функции, как поведение, уровень гормонов, сон, температуру тела и обмен веществ. Наше здоровье страдает, когда происходит рассинхронизация внешней среды и внутренних часов. Пример – так называемый джетлаг, возникающие путешественников, которые перемещаются из одного часового пояса в другой, а потом долгое время не могут адаптироваться к сдвигу день и ночь. Спят в светлое время суток и не может спать в темноте. Сегодня существует также много доказательств того, что несоответствие между образом жизни и естественных биоритмов увеличивает риск различных заболеваний.

Наши внутренние часы невозможно обмануть

Большинство живых организмов четко подходят по состоянию изменениям окружающей среды. Одним из первых на наличие этой адаптации он доказал еще в XVIII веке французский астроном Жан-Жак д'Ортуа де Майран. Он заглянул за куст мимозы и обнаружили, что его листья поворачиваются за солнцем в течение дня и закрываются на закате. Ученый задался вопросом, что бы произошло, если бы завод был в постоянной темноте? Поставив простой эксперимент, исследователь обнаружил, что, независимо от наличия солнечного света, листья экспериментальной мимоза продолжают делать свои обычные повседневные движения. Как оказалось, растения имеют свои внутренние часы.

Более поздние исследования показали, что не только растения, но также животные и люди, подчиняются функционирования биологические часы, которые позволяют соответствовать нашей физиологии на ежедневные изменения. Это приспособление называется циркадный ритм. Термин происходит от латинских слов circa – "около" и dies – "день". Но то, как именно работают эти биологические часы, долго оставалось загадкой.

Обнаружение "часовой ген"

В 1970-х годах, американский физик, биолог и психогенетик Сеймур Бензер вместе с его учеником Рональд Конопкой искали, вы можете обнаружить гены, которые контролируют циркадные ритмы, у плодовых мух. Ученым удалось доказать, что мутации в их генах нарушают этот ритм у подопытных насекомых. Они назвали его геном период. Но так, как этот ген влияет на циркадный ритм?

Лауреаты Нобелевской премии по 2017 кроме того, они провели эксперименты на фруктовой мухи. Их цель в том, чтобы открыть механизм работы внутренних часов. В 1984 году Джеффри Холл и Майкл Розбаш, что они работали в тесном контакте друг с другом в стенах Брандейского университета в Бостоне, а также Майкл Янг из Университета Рокфеллера в Нью-Йорке успешно изолировали ген периода. Холл и Розбаш затем они обнаружили, что протеин ДЛЯ, кодирующийся этот ген, клетки, накапливается в течение ночи, и рухнет во второй половине дня. Таким образом, уровень этого белка колеблется в течение 24-часового цикла синхронно с циркадным ритмом. Был обнаружен "маятник" внутренних телефонов часов.

Механизм авто-регулировки

Следующий раздел цель в том, чтобы понять, как эти циркадные колебания могут возникать и поддерживаться. Холл и Розбаш они предположили, что белок, ЧТОБЫ во время суточного цикла блокирует работу гена периода. Они верили, что с помощью ингибиторов обратной связи, протеины ДЛЯ может периодически сдерживать собственный синтез, а затем отрегулировать уровень в непрерывный цикл, ритм.

Для построения этой любопытной модели не хватает лишь нескольких элементов. Для того, чтобы блокировать активность гена, период, белка, ДЛЯ, думал, в цитоплазме, он должен добраться до ядра клетки, которая содержит генетический материал. Опыты Холла и Розбаша показали, что этот протеин, действительно, накапливается в ядре в ночное время. Но как это вышло? Ответил на этот вопрос в 1994 году Майкл Янг, который открылся второй ключ "часовой" ген, который кодирует белок, ТИМ, необходимо для того, чтобы соблюдать нормальный циркадный ритм. В простой и элегантный способ работы показал, что, когда ТІМ, связанный с ДЛЯ, эти два белка находятся в состоянии проникнуть в ядро клетки, где они действительно подавляют активность гена период, чтобы закрыть ингибирующую петлю обратной связи.

Такой механизм регулирования, объяснил, как родилась эта флуктуация уровней протеина мобильный телефон, но не закрыл все вопросы. Например, нужно было определить, что управляет ежедневной частотой колебаний. Для того, чтобы решить эту проблему, Майкл Янг выявила ген, который кодирует для протеина DBT – задерживает накопление белка ДЛЯ. Таким образом, удалось выяснить, как это колебание регулируемый, для максимальной точности совпадать с циклом 24 часа.

Эти открытия, совершенные сегодня победители, лежат в основе основных принципов работы биологических часов. В результате были обнаружены и другие молекулярные компоненты этого механизма. Они объясняют, стабильность его работы и принципы действия. Например, Холл, Розбаш и Янг обнаружили, другие белки, необходимые для активации гена период, а также механизм, с помощью которого свет синхронизирует биологические часы.

Влияние суточных ритмов на жизнь человека

Биологические часы, участвующие во многих аспектах нашей сложной физиологии. Теперь мы знаем, что все многоклеточные организмы, включая людей, используют подобные механизмы для того чтобы контролировать циркадные ритмы. Работы, большинство наших генов регулировать биологические часы, так что следите за обновлениями тщательно циркадный ритм будет соответствовать нашей физиологии на различных этапах день. Благодаря плодотворной работе трех сегодня нобелиантов, циркадной биологии превратилась в широкий и быстрый рост область исследований, которая изучает влияние суточных ритмов на наше здоровье и благополучие. И у нас было еще одно подтверждение тому, что ночью лучше спать, даже если ты закоренелая "сова". Это полезно для здоровья.

Джеффри Холл – родился в 1945 году в Нью-Йорке, США. Докторскую степень он получил в 1971 году в Вашингтонском университете (Сиэтл, Вашингон). До 1973 года он занимал должность профессора в Калифорнийском технологическом институте (Пасадена, Калифорния). С 1974 года работает в Брандейском университете (Waltham, Massachusetts). В 2002 году начал сотрудничество с Университетом штата Мэн.

Майкл Розбаш – родился в 1944 году в Канзас-Сити, США. Докторскую степень в Массачусетском технологическом институте (Кембридж, штат Массачусетс). На ближайшие три года был аспирантом в университете Эдинбурга в Шотландии. С 1974 года работает в Брандейском университете (Waltham, Massachusetts).

Майкл Янг – родился в 1949 году в Майами, США. Он завершил свою докторскую степень в Университете штата Техас (Остин, Техас) в 1975 году. До 1977 года было постдокторантуру в Стэнфордском университете (Пало-Альто, Калифорния). В 1978 году он присоединился к профессорско-преподавательского состава Университета Рокфеллера в Нью-Йорке.

Категория: Здоровье