Ге­ны, дик­ту­ю­щие ритм на­шей ак­тив­но­сти

Фе­но­мен «сов» и «жа­во­рон­ков» по­лу­чил экс­пе­ри­мен­таль­ное объ­яс­не­ние

Nezavisimaya Gazeta - - НОБЕЛЬ-2017 -

2 ок­тяб­ря «судьи» Ка­ро­линг­ско­го ин­сти­ту­та в Сток­голь­ме объ­яви­ли, что ме­ди­цин­ская пре­мия это­го го­да при­суж­де­на трем аме­ри­кан­ским ис­сле­до­ва­те­лям за «их от­кры­тия мо­ле­ку­ляр­ных ме­ха­низ­мов, кон­тро­ли­ру­ю­щих цир­кад­ный ритм».

Пре­мии 10 де­каб­ря вру­чат Дже­ф­ри Хол­лу, ро­див­ше­му­ся в 1945 го­ду в Нью-Йор­ке, Май­к­лу Рош­ба­шу, ко­то­рый на год стар­ше и ро­дил­ся в Кан­зас-си­ти, а так­же Май­к­лу Ян­гу, ко­то­рый мо­ло­же двух пер­вых, ро­див­шись в 1949 го­ду в Май­а­ми.

Пер­вый из ла­у­ре­а­тов 2017 го­да удо­сто­ил­ся док­тор­ской сте­пе­ни в уни­вер­си­те­те шта­та Ва­шинг­тон в Си­эт­ле, по­сле че­го ра­бо­тал в зна­ме­ни­том Ка­ли­фор­ний­ском тех­но­ло­ги­че­ском ин­сти­ту­те (Кал­те­ке) Па­са­де­ны, при­го­ро­де Лос-Ан­дже­ле­са. Там ра­бо­тал То­мас Мор­ган, век то­му на­зад вы­пу­стив­ший кни­гу «Хро­мо­сом­ная тео­рия на­след­ствен­но­сти», мно­гие по­ло­же­ния ко­то­рой ос­но­вы­ва­лись на ре­зуль­та­тах, по­лу­чен­ных в экс­пе­ри­мен­тах на му­хе дро­зо­фи­ле. За этот труд он пер­вым из аме­ри­кан­цев был удо­сто­ен Но­бе­лев­ской пре­мии по ме­ди­цине.

Рош­баш по­сти­гал ос­но­вы со­вре­мен­ной био­ло­гии в Мас­са­чу­сет­ском тех­но­ло­ги­че­ском ин­сти­ту­те (MIT), что близ Бо­сто­на, где по­лу­чил док­тор­скую сте­пень. Ос­но­вы мо­ле­ку­ляр­ной ге­не­ти­ки он по­сти­гал, как и зна­ме­ни­тый пер­во­от­кры­ва­тель струк­ту­ры ДНК Джеймс Уот­сон, за оке­а­ном – в Эдин­бург­ском уни­вер­си­те­те. Кста­ти, в этом же уни­вер­си­те­те в 1997 го­ду бы­ло кло­ни­ро­ва­но пер­вое мле­ко­пи­та­ю­щее – овеч­ка Дол­ли. За­тем Рош­баш вер­нул­ся на ро­ди­ну и обос­но­вал­ся в MIT.

Янг по­лу­чил сте­пень в Те­хас­ском уни­вер­си­те­те г. Ости­на, про­шел двух­го­дич­ную ста­жи­ров­ку в Ст­эн­фор­де и с 1978 го­да ра­бо­та­ет в Рок­фел­ле­ров­ском ин­сти­ту­те, а за­тем и уни­вер­си­те­те Нью-Йор­ка.

Зоо­ло­ги еще в ХIХ ве­ке зна­ли о се­зон­ных рит­мах спа­ри­ва­ния жи­вот­ных и сор­тах рас­те­ний, фи­зио­ло­гия ко­то­рых «при­уро­че­на» к смене вре­мен го­да. Из­вест­на бы­ла и осо­бен­ность по­ве­де­ния мор­ских чер­вей, под­ни­ма­ю­щих­ся на по­верх­ность вод в Юж­ных мо­рях Ти­хо­го оке­а­на для спа­ри­ва­ния в но­во­лу­ние.

Спе­лео­ло­ги­че­ские экс­пе­ри­мен­ты по­ка­за­ли, что на глу­бине в усло­ви­ях пол­ной изо­ля­ции и от­сут­ствия света у ис­пы­ту­е­мых тем не ме­нее со­хра­ня­ет­ся чет­кий ритм сна и бодр­ство­ва­ния, ко­то­рый, прав­да, «рас­тя­ги­ва­ет­ся» до 27 ча­сов. В си­лу то­го что ритм не со­всем точ­но со­от­вет­ству­ет су­точ­но­му, он по­лу­чил на­зва­ние цир­кад­но­го (от лат. – во­круг да око­ло).

Ин­тен­си­фи­ка­ция жиз­ни лю­дей в свя­зи со все бо­лее ши­ро­ким рас­про­стра­не­ни­ем су­точ­ных цик­лов и свя­зан­ных с ни­ми смен­ных ра­бот за­ста­ви­ла сна­ча­ла вра­чей, а за­тем и уче­ных за­ду­мать­ся о ме­ха­низ­мах раз­лич­ных рит­мов. Во гла­ве углуб­лен­но­го под­хо­да с мо­ле­ку­ляр­ным раз­ре­ше­ни­ем ока­зал­ся фи­зик Сей­мур Бен­зер, ко- то­рый увлек­ся изу­че­ни­ем кле­точ­ных рит­мов вме­сте с ге­не­ти­ком и хро­но­био­ло­гом Ко­ноп­кой. Ра­бо­тая с клас­си­че­ской дро­зо­фи­лой, они от­кры­ли пер­вый «рит­ми­че­ский» ген, на­зван­ный «пе­ри­о­дом» (period – Per), му­та­ции ко­то­ро­го на­ру­ша­ли по­ве­де­ние мух.

Раз­ре­ша­ю­щая спо­соб­ность ме­то­дов и под­хо­дов то­го вре­ме­ни не поз­во­ли­ла пи­о­не­рам по­нять, как «пе­ри­од» вли­я­ет на кле­точ­ное яд­ро с его ге­но­мом. Лишь в се­ре­дине 80-х Холл и Рош­баш вы­яс­ни­ли, что бел­ко­вый про­дукт ге­на на­кап­ли­ва­ет­ся но­чью и рас­па­да­ет­ся в те­че­ние дня. Уни­каль­ность ге­на и его про­те­и­на за­клю­ча­лась в том, что «ос­цил­ля­ции» их ак­тив­но­сти точ­но со­от­вет­ство­ва­ли су­точ­но­му рит­му в 24 ча­са!

К успеш­но­му ду­ум­ви­ра­ту под­клю­чил­ся Янг, и все вме­сте они су­ме­ли вы­де­лить и кло­ни­ро­вать ген Per, что ста­ло от­прав­ной точ­кой изу­че­ния все­го ге­не­ти­че­ско­го кас­ка­да, от­вет­ствен­но­го за цир­кад­ный ритм. Названия ге­нов – Clock («ча­сы»), Timeless («без­вре­мен­ный») и то­му по­доб­ные – го­во­рят са­ми за се­бя. Но на­бор ге­нов не ре­шал за­да­чу внут­ри­ядер­но­го ре­гу­ли­ро­ва­ния рит­ма, по­сколь­ку речь в ос­нов­ном шла о бел­ках, ло­ка­ли­зо­ван­ных в про­то­плаз­ме кле­ток.

В Кем­бри­дже, что под Лон­до­ном, бы­ло до­ка­за­но, что так на­зы­ва­е­мые ре­докс-про­те­и­ны, от­ве­ча­ю­щие за из­ме­не­ния окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­но­го по­тен­ци­а­ла, ре­гу­ли­ру­ют по­ве­де­ние эрит­ро­ци­тов, крас­ных кро­вя­ных кле- ток. Эти клет­ки теряют яд­ро в хо­де со­зре­ва­ния в кост­ном моз­ге, яв­ля­ю­щем­ся ор­га­ном кро­ве­тво­ре­ния, тем са­мым как бы со­хра­няя па­мять о кле­точ­ных рит­мах.

Об­щи­ми уси­ли­я­ми ла­у­ре­а­ты вы­яви­ли и дру­гие ге­ны, бел­ки ко­то­рых, «со­че­та­ясь» по­пар­но в ци­то­плаз­ме, по­лу­ча­ют воз­мож­ность про­ник­нуть в яд­ро клет­ки, где вли­я­ют на ак­тив­ность двух дру­гих пар ге­нов, по­пар­но в ре­жи­ме об­рат­ной свя­зи ме­ня­ясь ро­ля­ми ак­ти­ва­то­ра и бло­ка­то­ра. Этим и обес­пе­чи­ва­ет­ся сме­на рит­мов сна и бодр­ство­ва­ния, а так­же объ­яс­ня­ют­ся раз­ли­чия меж­ду «со­ва­ми» и «жа­во­рон­ка­ми». (Клас­си­че­ский при­мер – рим­ский им­пе­ра­тор Ге­лио­га­бал: го­во­ри­ли, что он пу­тал день с но­чью, за­ни­ма­ясь де­ла­ми по­сле на­ступ­ле­ния тем­но­ты и от­прав­ля­ясь спать на рас­све­те.)

Се­го­дня во мно­гом тео­ре­ти­че­ские и фун­да­мен­таль­ные ис­сле­до­ва­ния цир­кад­но­го рит­ма по­лу­чи­ли прак­ти­че­ское во­пло­ще­ние и при­ме­не­ние. Во-пер­вых, мо­ле­ку­ляр­ный ритм стал хо­ро­шей мо­де­лью изу­че­ния ак­тив­но­сти как на уровне от­дель­ных ге­нов, так и ге­но­ма в це­лом (при­мер дро­зо­фи­лы вот уже боль­ше ве­ка до­ка­зы­ва­ет цен­ность удоб­ных и де­ше­вых объ­ек­тов и мо­де­лей). Во-вто­рых, хро­но­био­ло­гия име­ет боль­шое зна­че­ние для при­е­ма ле­карств, а на­ру­ше­ния во «вре­мен­ных» ге­нах про­яв­ля­ют­ся в раз­лич­ных рас­строй­ствах и за­бо­ле­ва­ни­ях. Так что ра­бо­ты ла­у­ре­а­тов 2017 го­да вполне за­слу­жен­но удо­сто­и­лись при­суж­де­ния наи­бо­лее пре­стиж­ной в на­уч­ном ми­ре на­гра­ды.

Ил­лю­стра­ция с сай­та www.nobelpriem­edicine.org

Ге­ны, от­ве­ча­ю­щие за цир­кад­ные рит­мы, адап­ти­ру­ют на­шу фи­зио­ло­ги­че­скую ак­тив­ность в за­ви­си­мо­сти от раз­ных фаз су­ток.

Newspapers in Russian

Newspapers from Russia

© PressReader. All rights reserved.