10/12/ΧΧΧΧ - ΗΜΕΡΑ ΑΠΟΝΟΜΗΣ ΒΡΑΒΕΙΩΝ ΝΟΜΠΕΛ: Νομπελ Ιατρικής 2017 παίρνουν οι Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash και Michael W. Young
Γνωρίζουμε ότι οι ζωντανοί οργανισμοί,
συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, έχουν ένα εσωτερικό βιολογικό ρολόι
που τους βοηθά να προβλέπουν και να προσαρμόζονται στον κανονικό ρυθμό
της ημέρας. Αλλά πως λειτουργεί αυτό το ρολόι;
Οι Jeffrey C. Hall,
Michael Rosbash και Michael W. Young κατάφεραν να μελετήσουν το
βιολογικό μας ρολόι και να αποσαφηνίσουν την εσωτερική του λειτουργία.
Τα ευρήματά τους εξηγούν πως τα φυτά, τα ζώα και οι άνθρωποι
προσαρμόζουν τον βιολογικό τους ρυθμό έτσι ώστε να συγχρονίζονται με την
24ωρη περιστροφή της Γης.
Χρησιμοποιώντας μύγες φρούτων (την γνωστή Δροσόφιλα) σαν πρότυπο
οργανισμού, οι ερευνητές που βραβεύθηκαν το φετινό Νόμπελ Ιατρικής
απομόνωσαν ένα γονίδιο που ελέγχει τον καθημερινό βιολογικό ρυθμό.
Έδειξαν ότι το γονίδιο αυτό κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη που συσσωρεύεται
στο κύτταρο κατά τη διάρκεια της νύχτας, αλλά μειώνεται κατά τη διάρκεια
της ημέρας. Στη συνέχεια, ταυτοποίησαν κι άλλες πρωτεΐνες αυτού του
μηχανισμού, αποκαλύπτοντας τον μηχανισμό που διέπει το αυτο-συντηρούμενο
ρολόι μέσα στο κύτταρο.
Πλέον γνωρίζουμε ότι τα βιολογικά ρολόγια λειτουργούν με τις ίδιες αρχές
και στα κύτταρα άλλων πολυκύτταρων οργανισμών, συμπεριλαμβανομένων των
ανθρώπων.
Με εξαιρετική ακρίβεια, το εσωτερικό μας ρολόι προσαρμόζει την
φυσιολογία μας στις δραματικά διαφορετικές φάσεις της ημέρας. Το ρολόι
ρυθμίζει τις κρίσιμες λειτουργίες όπως τη συμπεριφορά, τα επίπεδα των
ορμονών, τον ύπνο, την θερμοκρασία του σώματος και τον μεταβολισμό. Η
ευεξία μας επηρεάζεται όταν υπάρχει προσωρινή αναντιστοιχία μεταξύ του
εξωτερικού περιβάλλοντος και του εσωτερικού βιολογικού ρολογιού, για
παράδειγμα όταν ταξιδεύουμε σε διαφορετικές ζώνες ώρας και βιώνουμε το
λεγόμενο «jet lag». Επίσης, υπάρχουν ενδείξεις ότι η χρόνια απόκλιση
μεταξύ του τρόπου ζωής και του ρυθμού που υπαγορεύει ο εσωτερικός
χρονομέτρης μας συνδέεται με αυξημένο κίνδυνο για διάφορες ασθένειες.
Αναγνώριση του γονιδιακού ρολογιού
Κατά την διάρκεια της δεκαετίας του 1970 ο φυσικός Seymour Benzer
και ο μαθητής του Ronald Konopka, αναρωτήθηκαν αν είναι δυνατόν να
εντοπιστούν γονίδια που να ελέγχουν τον κιρκαδιανό ρυθμό στην μύγα
Δροσόφιλα. Έδειξαν ότι οι μεταλλάξεις σε ένα άγνωστο γονίδιο διατάραξαν
το κιρκαδιανό ρολόι των μυγών. Ονόμασαν το γονίδιο αυτό περίοδο.
Όμως πως θα μπορούσε αυτό το γονίδιο να επηρεάσει τον κιρκάδιο ρυθμό;
Οι βραβευθέντες με το φετινό βραβείο Νόμπελ Ιατρικής, είχαν μελετήσει
επίσης τις μύγες των φρούτων, με στόχο να ανακαλύψουν πως λειτουργεί το
ρολόι. Το 1984 οι Jeffrey Hall και Michael Rosbash στο Πανεπιστήμιο
Brandeis στη Βοστόνη, συνεργαζόμενοι στενά με τον Michael Young στο
Πανεπιστήμιο Rockefeller στη Νέα Υόρκη, κατάφεραν να απομονώσουν το
γονίδιο της περιόδου. Οι Jeffrey Hall και Michael Rosbash στη συνέχεια
ανακάλυψαν ότι η πρωτεΐνη PER που κωδικοποιείται από γονίδιο περίοδος,
συσσωρεύεται κατά την διάρκεια της νύχτας και ελαττώνεται κατά την
διάρκεια της ημέρας. Έτσι, τα επίπεδα της πρωτεΐνης PER ταλαντώνονται
κατά την διάρκεια ενός 24-ωρου κύκλου, σε συγχρονισμό με τον κιρκαδιανό
ρυθμό.
Ο αυτορυθμιζόμενος μηχανισμός ρολογιού
Ο επόμενος βασικός στόχος ήταν να κατανοήσουμε πως μπορούν να
δημιουργηθούν και να διατηρηθούν τέτοιες κιρκαδιανές ταλαντώσεις.
Οι
Jeffrey Hall και Michael Rosbash υπέθεσαν ότι η πρωτεΐνη PER μπλόκαρε
την δραστηριότητα του γονιδίου της περιόδου. Υποστήριξαν ότι...
Το μοντέλο αυτό ήταν ελκυστικό, αλλά έλειπαν μερικά κομμάτια του
παζλ. Για να εμποδίσει την δραστηριότητα του γονιδίου της περιόδου, η
πρωτεΐνη PER που παράγεται στο κυτταρόπλασμα, θα πρέπει να φθάσει στον
πυρήνα του κυττάρου, όπου βρίσκεται το γενετικό υλικό. Οι Jeffrey Hall
και Michael Rosbash είχαν δείξει ότι η πρωτεΐνη PER συσσωρεύεται στον
πυρήνα κατά τη διάρκεια της νύχτας, αλλά πώς πήγαινε εκεί;
Το 1994 ο
Michael Young ανακάλυψε ένα δεύτερο γονίδιο ρολόι, που κωδικοποιεί την
πρωτεΐνη ΤΙΜ που απαιτείται για έναν φυσιολογικό κιρκάδιο ρυθμό. Στην
κομψή εργασία του απέδειξε πως όταν η ΤΙΜ συνδέεται με την PER, οι δυο
πρωτεΐνες είναι ικανές να διεισδύσουν στον πυρήνα του κυττάρου όπου
σταματoύν την δραστηριότητα του γονιδίου της περιόδου.
Ένας τέτοιος ρυθμιστικός μηχανισμός ανατροφοδότησης εξήγησε πως
προέκυψε αυτή η ταλάντωση των κυτταρικών πρωτεϊνικών επιπέδων, αλλά
παρέμεναν ακόμα κάποιες αναπάντητες ερωτήσεις.
Πως καθορίζεται η
περίοδος των ταλαντώσεων;
Ο Michael Young εντόπισε ακόμα ένα γονίδιο,
αυτό που κωδικοποιεί τη πρωτεΐνη DBT, η οποία αποικοδομεί την πρωτεΐνη
PER. Αυτό εξηγεί πως μια ταλάντωση προσαρμόζεται για να ταιριάζει
περισσότερο με έναν κύκλο 24 ωρών.
Οι ανακαλύψεις αυτές καθιέρωσαν τις βασικές μηχανιστικές αρχές για το
βιολογικό ρολόι. Στα απόμενα χρόνια διευκρινίστηκαν άλλα μοριακά
συστατικά του βιολογικού ρολογιού, εξηγώντας την σταθερότητα και την
λειτουργία του. Για παράδειγμα οι βραβευμένοι με το νόμπελ ιατρικής 2017
ταυτοποίησαν τις επιπλέον πρωτεΐνες που απαιτούνται για την
ενεργοποίηση του γονιδίου της περιόδου, καθώς και για τον μηχανισμό με
τον οποίο το φως μπορεί να συγχρονίσει το ρολόι.
Το βιολογικό ρολόι εμπλέκεται σε πολλές πτυχές της σύνθετης
φυσιολογίας μας. Γνωρίζουμε πλέον ότι όλοι οι πολυκύτταροι οργανισμοί,
μαζί με τους ανθρώπους, χρησιμοποιούν έναν παρόμοιο μηχανισμό για τον
έλεγχο των κιρκάδιων ρυθμών. Ένα μεγάλο ποσοστό των γονιδίων μας
ρυθμίζεται από το βιολογικό ρολόι, οπότε, ένας προσεκτικά βαθμονομημένος
κιρκαδιανός ρυθμός προσαρμόζει την φυσιολογία μας στις διάφορες φάσεις
της ημέρας (εικόνα 3). Από τις σημαντικές ανακαλύψεις των τριών
βραβευθέντων, η κιρκάδια βιολογία έχει εξελιχθεί σε ένα τεράστιο και
εξαιρετικά δυναμικό ερευνητικό πεδίο, με επιπτώσεις στην υγεία μας.
Ετικέτες
ΒΙΟΛΟΓΙΑ,
ΒΡΑΒΕΥΣΕΙΣ,
ΙΑΤΡΙΚΗ
Εγγραφή σε:
Σχόλια ανάρτησης (Atom)
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου