Откриха защо изпитваме летателна умора

Трио откриватели печели Нобелова награда за медицина 2017

Нашето добро разположение се афектира, когато има дори временно разминаване между външната среда и биологичния ни часовник. Например, когато пътуваме със самолет през няколко часови зони, след това изпитваме „летателна умора”. Допълнително индикаторите сочат, че хроничното разминаване между начина ни на живот и ритъма, диктуван от вътрешния ни часовник, се асоциира с повишен риск от различни заболявания.

Вътрешният часовник

Повечето живи организми очакват и се адаптират към ежедневните промени в средата. През ХVIII век астрономът Жан Жак д’Ортос де Мааран изучава мимози и открива, че листата се разтварят към слънцето през деня и се затварят по залез. Той се зачудил какво ще се случи, ако растението бъде подложено на постоянна тъмнина, и открива, че независимо от дневната слънчева светлина листата продължават да следват своя нормален режим (фигура 1). Изглеждало, че растенията имат собствен биологичен часовник.

Други изследователи открват, че не само растенията, но и животните, и хората имат биологични часовници, които им помагат да подготвят физиологията за колебанията на деня. Тази редовна адаптация се нарича циркадиен ритъм и произлиза от латинските думи circa (около) и dies (ден). Все пак остава загадка как точно работи нашият циркадиен часовник.

Идентифициране на часовниковия ген

През 1970 Сиймур Бензер и неговият студент Роналд Конопка задават въпроса дали би било възможно да се идентифицират гени, които контролират циркадния ритъм в плодови мушици. Те демонстрират, че мутации на непознат ген нарушават ритъма на биочасовника при мухите и назовават този ген период. Но как би могъл генът да въздейства на циркадния ритъм?

Тазгодишните лауреати, които също изучават плодови мушици, са имали за цел да открият как точно работи часовникът. През 1984 Джефри Хол и Майкъл Росбаш, работейки в тясно сътрудничество в Бостънския университет „Брандейс“, и Майкъл Юнг от университета“ Рокфелер“, Ню Йорк, успяват да изолират периодичния ген. Джефри Хол и Майкъл Росбаш продължават с изследванията, за да открият, че PER-протеинът, кодиран от периода, се акумулира през нощта и намалява през деня. Следователно нивата на PER-протеина варират в 24-часов цикъл, в синхрон със циркадния ритъм.

Саморегулиращ се часовников механизъм

Следващата ключова цел била да разберат как тези циркадни трептения могат да бъдат генерирани и поддържани. Хол и Росбаш предполагат, че PER-протеинът блокира активността на периодичния ген. Те предполагат, че чрез инхибираща кръговратна обратна връзка PER-протеинът би могъл да предотврати своя собствен синтез и следователно да регулира своите нива с постоянен цикличен ритъм (фигура 2а).

Моделът е бил мъчителен и няколко парчета от пъзела липсвали. За да блокира активността на периодичния ген, PER-протеинът, който се произвежда в цитоплазмата, трябва да достигне до клетъчното ядро, където се намира генетичният материал. Хол и Росбаш доказват, че PER-протеинът се събира в клетъчното ядро през нощта, но как се появява там? През 1994 Майкъл Юнг открива втори часовников ген – безкраен, кодиращ TIM-протеина, който е необходим за нормален циркадиен ритъм. Юнг елегантно доказва, че когато TIM-протеинът се свърже с PER, двата протеина могат да влязат в клетъчното ядро, откъдето да блокират дейността на периодния ген, за да затворят кръга на обратната връзка (фигура 2б).

Такъв регулаторен механизъм за обратна връзка обяснява как се появяват трептенията в нивата на клетъчния протеин, но остава въпросът какво контролира честотата на трептенията. Юнг идентифицира още един ген, двувременен, кодиращ DBT-протеин, който отлага натрупването на PER-протеин. Това дава прозрение как трептенията се нагаждат, за да паснат на 24-часовия цикъл.

Изключителните открития на лауреатите установяват ключовите механични принципи на биологичния часовник. През следващите години са изяснени и други молекулярни компоненти на часовниковия механизъм. Например, тазгодишните лауреати идентифицират допълнителни протеини, необходими за активацията на периодния ген, както и механизма, чрез който светлината синхронизира часовник.

Поддържане на време за нашата човешка физиология

Биологичният часовник е включен в много аспекти на нашата човешка физиология. Сега знаем, че всички многоклетъчни организми, включително хората, използват ефективно подобен механизъм, за да контролират циркадния ритъм. Голяма част от нашите гени се регулира от биологичния часовник и следователно внимателно калибриран циркадиен ритъм адаптира нашата физиология към различните фази на деня (фигура 3). След плодотворните открития на тримата лауреати циркадната биология се развива в просторно и високо динамично поле за изследвания с последици за нашето здраве и добруване.

Превод от английски език

Юлия КРАЛЕВА

Оставете първия коментар към "Откриха защо изпитваме летателна умора"

Напишете коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван.


*