2017 року Нобелівську премію з медицини отримали американські дослідники Джеффрі Голл (Jeffrey Hall), Майкл Росбаш (Michael Rosbash) і Майкл Янг (Michael Young). Їх нагородили за вивчення внутрішнього годинника живих істот. Відкриття молекулярного механізму пояснює, як рослини, тварини та люди пристосовуються до біологічного ритму, щоб відповісти на різноманітні виклики впродовж дня.
Джеффрі Голл (зліва), Майкл Росбаш (посередині) і Майкл Янг (справа). Зображення: Nobel Media 2017 (N. Elmehed).
Наш обмін речовин, наші гормони та фізіологічні процеси підпорядковані регулярним циклам дня і ночі. В такт із внутрішнім годинником піднімається та падає температура тіла, виділяються різні нейромедіатори і, наприклад, змінюється кров’яний тиск людини, перетворюючи її на втомлену або бадьору. Внутрішній годинник відповідає за те, щоб багато процесів в організмі протікали синхронно одне з одним і з середовищем. Це відбувається як у людей, так і в інших багатоклітинних організмів.
Значення внутрішнього годинника стає очевидним лише тоді, коли він збивається з такту. Це стається не лише через неприємний розлад біоритмів у зв’язку з тривалим перельотом крізь різні часові пояси. Не узгоджуючи спосіб життя з біологічним годинником, в довгостроковій перспективі можна спровокувати захворювання: виникнення надлишкової ваги та діабету, пришвидшені процеси розумової деградації.
Сьогодні науковці знають, що біологічним годинником керують гени та зовнішні чинники, зокрема сонячне світло. Проте впродовж тривалого часу спосіб функціонування внутрішнього годинника залишався нез’ясованим. Лише у 70-их рр. ХХ століття науковці вперше виявили генетичну основу біологічного годинника: мутація конкретного гена у дрозофілів призводила до збою внутрішнього годинника.
На цих дослідженнях ґрунтувалася й робота цьогорічних лауреатів Нобелівської премії з медицини. 1983 року Джеффрі Голлу та Майклу Росбошу з Брандейського університету в Бостоні у співпраці з Майклом Янгом з Рокфеллерського університету в Нью-Йорку вдалося ізолювати ген, що великою мірою контролює біологічні ритми живих істот – так званий періодичний ген.
Голл і Росбош займалися винятково білком, що породжував цей ген, – білком PER. Учені продемонстрували, що PER впродовж ночі накопичується і потім упродовж дня деградує. Тобто рівень протеїну PER змінювався упродовж циклу в 24 години – синхронно з циркадними ритмами.
Нез’ясованим, проте, залишалося, як ці коливання виникають та чому вони можуть зберігатися. Тож учені припустили, що білок PER попереджає свій власний синтез завдяки інгібіторному зворотному зв’язку, регулюючи свій рівень у циклічних ритмах.
Голл і Росбаш змогли продемонструвати, що PER-протеїн впродовж ночі назбирується в клітинному ядрі. Янг потім пояснив, як він взагалі туди потрапляє: 1994 року він виявив ще один годинниковий ген, утворений так званим TIM-білком, що необхідний для нормальних циркадних ритмів. Врешті дослідник виявив, що коли TIM сполучений з PER, то обидва білки можуть потрапляти у клітинне ядро. Так вони блокують активність періодичних генів, аби замкнути інгібіторну петлю зворотного зв’язку.
Фундація Нобеля наголосила, що відкриття лауреатів полягає у новаторському погляді на принципи біологічного годинника. В наступні роки вчені виявили інші молекулярні компоненти годинникового механізму, що пояснили його стабільність і функції.
Лауреати уперто йшли до своєї мети: зокрема вони ідентифікували й інші білки, що необхідні для активації періодичних генів і для механізму, який синхронізує світло і внутрішній годинник.
З моменту відкриття, яке здійснили Джеффрі Голл, Майкл Росбаш і Майкл Янг, циркадна біологія перетворилася на динамічну сферу досліджень, що впливає на наше здоров’я та самопочуття, йдеться в обґрунтуванні цьогорічного вибору Фундації Нобеля.
Medizin-Nobelpreis für Entschlüsselung der inneren Uhr
Nobel Foundation, 02.10.2017
Зреферувала Соломія Кривенко
05.10.2017