Nobelio premija fiziologijos ir medicinos srityje - 2017 m. • Elena Naimarkas • Mokslo naujienos apie "Elementus" • Nobelio premijos, genetika, cikardijos ritmai

Nobelio premija fiziologijos ir medicinos srityje – 2017 m

Nobelio premijos laureatai fiziologijoje ir medicinoje, 2017 m. Iš kairės į dešinę: Jeffrey Hall, Michael Rosbash ir Michael Young. Nuotraukos iš washington.edu, brandeis.edu ir rockefeller.edu

2017 m. Nobelio premija buvo skirta už molekulinių mechanizmų, valdančių cirkadinio ritmus, sukūrimą ir tyrimą – vidinius laikrodžius, kurie dirba gyvuose organizmuose, reguliuoja gyvybinę veiklą, keičiant dieną ir naktį. Didžioji dauguma fiziologinių procesų yra susiję su cikadieniais ritmais. Nugalėtojai tapo trys Amerikos mokslininkai, Jeffrey Hall, Michael Rosbash ir Michael Young. Mokslinių grupių darbuose, kurie vyksta daugiau nei dešimtmetį nuo 1970-ųjų, naujas mokslo sukurtas praktiškai nuo pat pradžių, kuris tapo patikimu pagrindu tolesniems tyrimams.

2017 m. Nobelio premija fiziologijos ir medicinos srityje buvo apdovanota trims amerikiečių mokslininkams Jeffrey C. Hallui, Michael Rosbashui ir Michaelui W. Youngui, kurie sukūrė mūsų šiuolaikinį požiūrį į cirkadinio ritmus, kurie atskleidė savo gamtą ir šiek tiek – jų darbo mechanizmai. Cirkadjos ritmai yra vidiniai laikrodžiai, kurie dirba bet kuriam gyvam organizmui, derinant pragyvenimo šaltinius su dienos ir nakties pakaitomis. Kai aš pats turėjau būti įsitikinęs jų veiksmingumu.Taip nutiko, kad, praėjusią vasarą per dviejų savaičių žygį per Rusijos šiaurę, mano kolega ir aš pamiršau laikrodį. Tai buvo baltos naktys, todėl buvo neįmanoma nustatyti laiko pažįstamu būdu, visada šviečia saulė. Jau liko viltis dėl jų vidinių laikrodžių, kurie, kaip taisyklė, yra nustatomi kasdieniniam ciklui. Iš tikrųjų per dvi savaites jie "atsiliko" tik per dvi ar tris valandas, todėl mes laiku atvykome į traukinį. Bet kuriuo atveju, visuose gyvuose organizmuose vidinis laikrodis reguliuoja fiziologinius poilsio ir budėjimo ciklus, temperatūrą, raumenų aktyvumą gyvūnuose, dėmesį ir tt

"Hall", "Rosbash and Young" 70-ųjų pradžioje pradėjo savo epochos kūrimą ir, norėdami suprasti jų atradimų reikšmę, turėtumėte grįžti į 60-ųjų pabaigą ir pamatyti kasdieninių ritmų ekspertų domėjimąsi dabartinių tyrimų pradžia. Nobelio premijos laureatai. 1729 m. Prancūzų astronomas Jeanas Jacques'as de Meranas stebėjo, kaip dienai pasikeitė mimosa: paliko tamsoje, ji uždengė ir sulydė lapus, nepriklausomai nuo šviesos, pagal savo vidinius 24 valandų ritmo nustatymus. Iš to prasidėjo cirkadanų ar cirkadianų ritmo mokslas (nuo lat. maždaug – apskritimas miršta – diena). Dvi su puse šimtmečių vėliau, Cold Spring Harbor simpoziume 1960 m. Su žodžiu "Daily Rhythms", apibendrinami šios srities laimėjimai ir esami pagrindiniai klausimai (žr. Jürgen Aschoff, 1960 m. "Išoriniai ir endogeniniai komponentai cirkadianiuose ritmuose"): "Mes dar nieko nežinome apie dienos valandų tipus. Vis dar lieka atviras klausimas, ar šios valandos nuolat eina ir baigiasi po 24 valandų ciklo, o tada jas reikia pradėti dar kartą. Naudodamiesi termino valandomis, mes neturime manyti, kad skambutis turėtų sudaryti iš 24 dalių. Laikrodis turėtų matuoti laiką, o skirtingi organizmai vertina tam tikslui tinkamą laiką. Galite tikėtis, kad po kelių valandų dirbate su visiškai skirtingais rinkiniais viename ar kitame organizme. nereikia eiti n gali tik užbaigti tam tikru gyvenimo momentu. Šiuo metu tyrinėjami cirkadermo ritmai, matuojant įvairias organizmų funkcijas, tačiau niekas negali pasitikėti, kaip pastebėti pokyčiai yra susiję su vidiniu laikrodžiu, taigi, kuri iš funkcijų geriausiai atspindi tai valandos. Būtų itin naudinga, jei galėtume parodyti, kad kokia nors mūsų funkcija – eozinofilai, judėjimas ar kažkas kita – cirkadinio eksperimento rezultatai visada bus panašūs … "

Kaip matyti, septintojo dešimtmečio cikadinio ritmo pobūdis iš tiesų nebuvo nieko žinomas, ir net nebuvo labai aišku, iš kokios pusės tai spręsti. 1970 m. Pradžioje Seymouras Benzeris ir Ronaldas J. Konopka pradėjo tyrimus su vaisių muselėmis, identifikuodamas vieną geną – vadino jį laikotarpis () – susijęs su cikadieniais ritmais. Jis buvo X chromosomos: jis sugebėjo žemėlapį apriboti žinomomis mutacijomis abiejose pusėse.

Genų kartografavimas tik genų mutacijų balta, Zeste ir skandalas. Šio Drosophila X chromosomos (kairiojo peties distalinės dalies) regiono mutacijų metu atsirado musių su neaktyviais laikrodžiais (aperiodinės mutacijos 0) su sutrumpinta (s) ir pratęstas (l) dienos ritmas. Paveikslas iš straipsnio R. J. Konopka, S. Benzer, 1971. Clock Mutants of Drosophila melanogaster

Genas buvo pirmasis identifikuotas vidinio cikadienio ritmo materialusis laikiklis: kažkas, būdingas tik kūnui, o ne aplinka, yra susijęs su ciklišku fiziologinių apraiškų pobūdžiu.Šio geno mutacijos sutrikdė cikadianinį ritmą tiek lervoje, tiek suaugusiesiems, todėl jis buvo genas, kuris kontroliuoja kasdienę fiziologiją visuose vystymosi etapuose, bendrojo veikimo genai, aukšto lygio reguliatorius. Todėl aplink lokusą aktyvus darbas, kuriame prisijungė Jeffrey Hall ir Michael Rosbash.

Tada naudojant pažangią technologiją klonuojant DNR segmentus bakterijose, jie galėjo tiesiogiai įrodyti ryšį laikotarpis su cikadieniais ritmais. Kartu su Ronaldu Konopka ir jo kolegomis iš Masačusetso universiteto ir Niujorko jie pirmiausia išnagrinėja paties lokuso struktūrą su didesniu tikslumu, išskiria jo funkcinę dalį, klonuoja ją į bakterijas, o tada plazmidžių vektoriai, įvestus į normalius regionus, mutavo muą gne (W. A. ​​Zehring ir kt., 1984. P-elemento transformacija su laikotarpis lokusinė DNR atkuria ritmingumą mutacijai, aritmijai Drosophila melanogaster) Šiandien toks darbas, atrodo, yra kruopštus, bet gana įprastas, o 80-ųjų pradžioje jis buvo labiausiai pažengęs mokslo kraštas. Dėl to, mutantinėse plaukuose su aperiodine varikliu ir kitais ciklizmo sutrikimais (ypač vyriškos globos dainomis), buvo atkurta dienraščio ritmai. Tada jie identifikavo keletą iš šio lokuso nuorašų ir rado vieną su įdomių savybių.Pirma, mutantų jis nebuvo arba buvo nereikšmingas, antra, įprastų musių skaičius jo metu labai pasikeitė per dieną: per dieną jis buvo gausus ir naktį buvo mažas (P. Reddy ir kt., 1984. Molekulinė analizė laikotarpis lokusas Drosophila melanogaster biologiniai ritmai). Akivaizdu, kad baltyminis produktas, paimtas iš šios įdomios mRNR, yra tiesiogiai susijęs su dienos ritmo reguliavimu. Kitaip tariant, jis yra kandidatas į pagrindinio fiziologinio laikrodžio širdies stimuliatoriaus vaidmenį. Jie eina nuolat ir nereikalauja kasdienio augalo.

Tuo pačiu tą patį darbą su tuo pačiu rezultatu Rokfelerio universitete Niujorke atliko Michael Young komanda, kuri tuo pačiu metu paskelbė rezultatus 1984 m. (T. A. Bargiello ir kt., 1984. T. A. Bargiello ir kt., 1984. Atkuriant periferinius elgesio ritmus, atlikus genų perkėlimą Drosophila) Akivaizdu, kad prieš šį darbą buvo atliktas vienodai atsargus lokuso struktūros tyrimas. ir jo nuorašus, kuriuos atliko "Young" ir jo kolegos.

1984 m. Darbo schema, kurią pateikė M. Young su kolegomis 2007 m Gamta ir D. Hall ir M. Rosbash ne Ląstelė: ištrynimo apibrėžimas, trūkstamos vietos klonavimas bakterijų vektoriuje, trūkstamos vietos įterpimas į mutantinių muselų genomą. T. A. Bargiello ir kt., T. A. Bargiello ir kt., Paveikslas. 1984 m. Cirkadernų elgesio ritmų atkūrimas genų pernešimu Drosophila

Viena komanda tai įrodė išreikšta beveik visuose kūno audiniuose (J. C. Hall, M.Rosbash, 1987. Biologinių ritmo genetinė ir molekulinė analizė), ypač akyse ir smegenyse, ir kita komanda (M. K. Baylies et al., 1987. Drosophila laikrodis) nustatė, kad ciklo trukmė priklauso nuo produktų skaičiaus Tiek vienas, tiek kitas paskatino tyrėjus arčiau kasdienio ritmo reguliavimo mechanizmo.

Kasdieninių ritmų ir genų veiklos ryšių modelis . Su genu Transkribuojama mRNR, su kuria verčiamas laikotarpio baltymas. Be to, biocheminis rezultatas X slopina išraišką tiesiogiai (1) arba per tarpinius etapus Y (2) arba sukelia Z elgesį, kuris pats reguliuoja išraiškąSlopinimas ir reguliavimas gali turėti įtakos ir pačiam genui. ir mRNR. Klausimo ženklai reiškia nežinomus molekulinius mechanizmus. Paveikslas iš P. E. Hardin ir kt., 1990. Atsiliepimai Drosophila ILLA RNR lygiai

Tiesą sakant, greta Hallo ir Rosbasho (P. E. Hardin ir kt., 1990) Drosophila Siūlomas pagrindinis krištolo ritmų reguliavimo modelis. Jis buvo grindžiamas grįžtamuoju ryšiu tarp PER baltymo ir atitinkamo geno ekspresijos intensyvumo idėja: baltymų kaupimas slopina jo sintezę, o su baltymų kiekio sumažėjimu aktyvuojama sintezė. Šiame modelyje, be koncepcijos,Klausimai buvo pateikti (pažodžiui): kokiais molekuliniais mechanizmais šis kontūras veikia? Kokie baltymai ir genetinės priemonės šios schemos įgyvendinimui? Kaip elgesys veikia kasdienius ritmus? kur vyksta molekulinis reguliavimas – branduolyje (išraiška per) ar citoplazmą (mRNR aktyvumas)? Kitaip tariant, buvo parengta būsimų tyrimų programa.

Imdamasi imunocitochemijos eksperimentų, 1992 m. Rosbash ir Hall nusprendė, kur PER baltymas koncentruojamas viduje ląstelėje (X. Liu et al., 1992.). laikotarpis branduolys koduoja daugiausia branduolinį baltymą suaugusiųjų Drosophila) Paaiškėjo, kad viduje šerdies. Mokslininkai padarė išvadą, kad PER veikia kaip transkripcijos faktorius, reguliuojantis savo geną . Kaip šis baltymas patenka į branduolį, nes jis sintetinamas citoplazmu?

Jaunas sugebėjo atsakyti į šį klausimą, kuris iki šiol nusprendė ieškoti kitų genų, turinčių įtakos kasdieniniam Drosofilos veiklos ritmui. Tuo tikslu jis ir jo kolegos išanalizavo apie 7000 mutacijų, nustatydami periodiškumo reikalavimus atitinkančią informaciją (A. Sehgal ir kt., 1994 m. Cirkadanų elgesio ritmo praradimas ir Drosophila mutantas nesenstantis). Ši mutacija buvo pavadinta amžinai (su TIM baltymu). Šio geno mutantai buvo pažeisti cirkadiano ritmai. Eksperimentų serijoje jaunoji komanda sugebėjo tai parodyti laikotarpis ir amžinai dirbti kartu, o tai yra naujai atrastas TIM baltymas, kuris perneša PER į branduolį. Ten jie blokuoja transkripcijos veiksnius, sukeliančius jų sintezę. Mutantai l su išplėstiniu ritmu modifikuotas PER baltymas prisijungia dar blogiau į TIM, ir yra tikėtina, kad PER ir TIM slopinančių raiščių tiekimas ir kaupimas į branduolį dėl to vėluojamas. Vėliau taip pat buvo įrodyta, kad TIM skaičius ląstelėje priklauso nuo šviesos intensyvumo. Taigi, gyvybinis kūno ritmas koreguojamas atsižvelgiant į dienos ir nakties pasikeitimą.

Žinių skaitymas laikotarpis ir amžinai branduolyje, iš kur atitinkamos mRNR yra transportuojamos į citoplazmą, kiekviena turi savo dienos fazę. Jų baltyminiai produktai, kartu sujungti, gali patekti į branduolį ir tokiu būdu sulėtinti savo sintezę. Norėdami tai padaryti, jie blokuoja savo transkripcijos veiksnius CLOCK ir CYC (BMAL1). Paveikslėlis iš "what-when-how.com"

Po kurio laiko "Young" atrado ir ištyrė kitą gripą, susijusį su cirkadianų ritmais. Norėdami tai padaryti, reikėjo skaityti 15 000 chromosomų (buvo pasirinkta antroji ir trečioji chromosomos) iš musių, veikiamų cheminiu mutagenu. Kaip rezultatas, dvi linijos buvo išskirtos su nauja mutacija genoje dvigubas laikas (dbt) su tinkamu baltymu.Vienas iš jų – pirmasis, kuris buvo atrastas – smarkiai sutrumpino ritmo periodą: vietoj 24 valandų ciklo buvo gautas 18 valandų veikimo ciklas. Ir kita, atvirkščiai, padidino ciklo laiką iki 26-27 valandų.

Su trūkumais dbt nemokamas PER kaupiasi citoplazmoje ir sutrinka kasdienis ritmas. Paveikslas iš J. L. Price ir kt., 1998. dvigubas laikas Ar romanas Drosophila Laikrodžio genas, reguliuojantis PERIOD baltymų kaupimąsi

Kaip paaiškėjo, šio geno (tiksliau, jo baltymo) vaidmuo yra sunaikinti perteklinį PER (dėl fosforilinimo), kuris kaupiasi citoplazmoje. Kai TIM patenka į citoplazmą, jie susieja su PER ir nukreipiami į branduolį, PER ciklo likučiai turi būti pašalinti iš citoplazmo, kad prasidėtų kitas ciklas. Tai daro DBT. O jei nuolatinis apšvietimas ar jo nebuvimas sutrikdo CIM gavimo ciklinį pobūdį citoplazmoje, DBT sugeba išlaikyti ciklą patys be jokių apšvietimo pasikeitimų. Štai kodėl mutantai dbt Kasdieninių ciklų sutrikimai užfiksuojami tik eksperimentuose tamsoje, o per normalią šviesos ir tamsos fazės pasikeitimą jų dienos ritmas nėra sutrikdytas – yra įjungiamas TIM reguliavimas. Taigi DBT užtikrina dienos ritmo stabilumą per tamsių ir šviesos fazių gedimus.

Taigi,Pradėdamas 70-aisiais tyrinėti discipliną, kuris susideda iš kai kurių klausimų, naujojo amžiaus pradžioje šie trys mokslininkai, kurie šiais metais tapo Nobelio premijos laureatais, iš tikrųjų atkūrė cirkadano ritmų mokslą. Jie sukūrė esminę labai naudingos ir akademinės bei taikomųjų tyrimų bazę. Galų gale, dauguma fiziologinių procesų gyvuose organizmuose yra susieti su cikadieniais ritmais, o kiekvienas procesas yra susijęs su jais savo biocheminiu būdu (žr., Pavyzdžiui, naujienas. Žmogaus odos ir raumenų kamieninės ląstelės senstančiame procese skirtingai keičia bioritmus, Elements, 07.07.09).

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: