Τρεις ερευνητές μοιράζονται φέτος το Νόμπελ Ιατρικής/Φυσιολογίας για τη μελέτη τους επί τους μοριακού μηχανισμού που ελέγχει τον κιρκαδιανό ρυθμό, όπως αναφέρεται σε σχετική ανακοίνωση της επιτροπής των βραβείων.
Το φετινό βραβείο Νόμπελ μοιράζονται οι Τζέφρι Χαλλ (Jeffrey C. Hall), Μάικλ Ροσμπας (Michael Rosbach) και Μάικλ Γιανγκ (Michael W. Young).
Ο κιρκαδιανός ή κιρκαδικός ρυθμός είναι ευρύτερα γνωστός ως το «βιολογικό» ρολόι που ρυθμίζει σε όλα τα έμβια όντα, μεταξύ άλλων, τον κύκλο ύπνου-αφύπνισης, την έκκριση ορμονών, την αρτηριακή πίεση του αίματος αλλά και τη διατροφική συμπεριφορά.
Οι Τζέφρι Χαλλ, Μάικλ Ροσμπας και Μάικλ Γιανγκ χρησιμοποιώντας ως μοντέλο μελέτης μύγες των φρούτων κατάφεραν να απομονώσουν ένα γονίδιο που ελέγχει τον βιολογικό ρυθμό κατά τη διάρκεια του 24ωρου.
Βιολογικό ρολόι, ένα αόρατο ζωτικό όργανο
Το βιολογικό ρολόι δεν μας βοηθάει μόνο να κοιμόμαστε και να ξυπνάμε. Έχει την ιδιότητα να προσαρμόζει με απόλυτη ακρίβεια τις φυσιολογικές μας ανάγκες στις διαφορετικές φάσεις της ημέρες. Το αόρατο αυτό ρολόι αυτό ρυθμίζει σημαντικές λειτουργίες του οργανισμού όπως είναι η έκκριση των ορμονών, η συμπεριφορά, η θερμοκρασία του σώματος, ο μεταβολισμός και φυσικά ο ύπνος και η εγρήγορση. Υπάρχουν επιστημονικές ενδείξεις ότι σε περιπτώσεις που «παραβιάζουμε» συχνά τις επιταγές του βιολογικού μας ρολογιού, προκαλούμε στον εαυτό μας διάφορες ασθένειες, η πηγή των οποίων είναι άγνωστη.
Τα βήματα για την ανακάλυψη
Κατά τη διάρκεια του 18ου αιώνα ο αστρονόμος Ζαν Ζακ ντ Ορτού Μεράν, ανακάλυψε ότι τα φύλλα του φυτού μιμόζα ανοίγουν κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά μόλις πέσει το σούρουπο τα κλείνουν. Έτσι, διερωτήθηκε τι θα μπορούσε να γίνει εάν βάλει το φυτό σε σκοτεινό χώρο για μερικά 24ωρα. Αυτό που ανακάλυψε είναι ότι το φυτό ακολουθούσε το δικό του βιολογικό ρυθμό, δηλαδή ακόμη και όταν δεν το έβλεπε το φως της ημέρας, άνοιγε τα φύλλα του και τα έκλεινε μόλις ο ήλιος έδυε.
Άλλοι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το ίδιο συμβαίνει και στους ανθρώπους. Κοιμούνται το βράδυ για να προετοιμαστούν να ανταπεξέλθουν στους ρυθμούς κατά τη διάρκεια της ημέρας. Αυτή η φυσιολογική προσαρμογή ονομάζεται κιρκαδιανός ρυθμός. Προέρχεται από τις λατινικές λέξεις circa που σημαίνει γύρω και dies που σημαίνει ημέρα. Πώς ακριβώς όμως αυτό το ρολόι λειτουργεί, παρέμενε άγνωστο.
Ανακαλύπτοντας το γονίδιο του ρολογιού
Γύρω στο 1970 ο Σέιμουρ Μπένζερ και η φοιτήτριά του Ρόναλτ Κόνοπκα, αναζήτησαν τα γονίδια του κιρκαδιανού ρυθμού στη φρουτόμυγα. Δεν κατάφεραν να τα ανακαλύψουν, αλλά απέδειξαν ότι πιθανή γενετική τροποποίηση αλλάζει τον κιρκαδιανό της ρυθμό. Έτσι, ονόμασα αυτό το γονίδιο «περίοδο» (period). Πώς όμως μπορούσε αυτό το γονίδιο να επηρεάσει τον κιρκαδιανό ρυθμό;
Αυτό ανακάλυψαν και κέρδισαν τον Νομπέλ Ιατρικής 2017 οι Τζέφρι Χολ, Μάικλ Ρόσμπας και Μάικλ Γιανγκ. Βρήκαν τον ακριβή τρόπο που χτυπά το βιολογικό ρολόι. Όχι στον άνθρωπο, αλλά στη φρουτόμυγα. Ισχύει το ίδιο όμως τελικά σε όλα τα ζώα και φυτά.
Αυτορυθμιζόμενος μηχανισμός
Ο επόμενος στόχος τους ήταν να κατανοήσουν πώς δημιουργούνται και διατηρούνται τέτοιου είδους κιρκαδιανές ταλαντώσεις. Ο Τζέφρι Χολ με τον Μάικλ Ρόσμπας ξεκίνησαν κάνοντας την υπόθεση ότι η πρωτεΐνη PER αναστέλλει τη δράση του γονιδίου period. Όταν το εν λόγω γονίδιο είναι ενεργό, δημιουργεί το δικό του mRNA, το οποίο μεταφέρεται στο κυτταρόπλασμα και αυτό με τη σειρά του λαμβάνει την εντολή να δημιουργήσει πρωτεΐνη PER. Ακολούθως η PER συσσωρεύεται στον κυτταρικό πύρινα, όπου και αναστέλλεται η δράση του γονιδίου PER. Αυτό δημιουργεί το μηχανισμό ανασταλτικής δράσης που ορίζεται από τον κιρκαδιανό ρυθμό.
Η ανακάλυψη ήταν ήδη εντυπωσιακή, εντούτοις έλλειπαν κάποια κομμάτια του παζλ για να είναι και ολοκληρωμένη. Αυτό που κατάφεραν να αποδείξουν ο Τζέφρι Χολ με τον Μάικλ Ρόσμπας, ήταν ότι η πρωτεΐνη μετακινείται στον κυτταρικό πυρήνα μόνο κατά τη διάρκεια της νύχτας.
Αρκετά χρόνια αργότερα, το 1994, ο Μάικλ Γιανγκ ανακάλυψε ένα δεύτερο ωρολογιακό γονίδιο το οποίο κωδικοποιεί μία άλλη πρωτεΐνη, την ΤΙΜ. Ο ίδιος απέδειξε ότι όταν η ΤΙΜ είναι επίσης απαραίτητη στον κιρκαδιανό ρυθμό. Επίσης, όταν η ΤΙΜ δεσμεύεται από την PER, οι δύο πρωτεΐνες εισέρχονται μαζί στον κυτταρικό πυρήνα και αναστέλλουν τη δράση του γονιδίου period.
Ο Μάικλ Γιανγκ εντόπισε ακόμη ένα γονίδιο, το οποίο κωδικοποιεί μία άλλη πρωτεΐνη που ονομάζεται DBT και καθυστερεί τη συσσώρευση της PER, κάτι που για τους επιστήμονες σήμαινε ότι όλα τα κομμάτια του παζλ είχαν τοποθετηθεί σωστά.
Οι ανακαλύψεις από του τρεις επιστήμονες που μοιράστηκαν το Νομπέλ Ιατρικής – Φυσιολογίας 2017, απέδειξαν τον ακριβή μηχανισμό που λειτουργεί το βιολογικό ρολόι ζώων και φυτών. Τα επόμενα χρόνια ανακαλύφθηκαν και άλλα, αρκετά μοριακά συστατικά του μηχανισμού, που εξηγούσαν τη σταθερότητα και τη λειτουργία του. Ωστόσο, οι βάσεις και οι βασικότερες λεπτομέρειες δόθηκαν από αυτούς τους τρεις επιστήμονες.
Ο Τζέφρι Χαλλ, γεννημένος το 1945, είναι αμερικανός γενετιστής και χρονοβιολόγος με εξειδίκευση στη νευρολογία και τη συμπεριφορά της δροσοφίλης Drosophila melanogaster. Ο Χαλλ μέσω της έρευνάς του κατάφερε να ανακαλύψει σημαντικούς μηχανισμούς του βιολογικού ρολογιού και να ρίξει φως στις ρίζεςε της σεξουαλικής διαφοροποίησης στο νευρικό σύστημα. Έχει συνταξιοδοτηθεί πρόσφατα και ζει στο Μέιν των ΗΠΑ.
Ο Μάικλ Ροσμπας, γεννημένος το 1944, είναι επίσης αμερικανός γενετιστής και χρονοβιολόγος, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Brandeis και ερευνητής του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes. Το 1998 ανακάλυψε το γονίδιο του βιολογικού ρολογιού και τον υποδοχέα κρυπτοχρονομεταγραφής στην δροσοφίλη, αφού πρώτα εντόπισε τον φαινότυπο μιας μετάλλαξης και εν συνεχεία καθόρισε τις γενετικές ρίζες της.
Ο Μάικλ Γιανγκ, γεννημένος το 1949, έχει αφιερώσει την έρευνά του στα γενετικά ελεγχόμενα πρότυπα του ύπνου-αφύπνισης της Drosophila melanogaster. Όταν ήταν στο Πανεπιστήμιο Rockefeller, εντόπισε σημαντικά γονίδια που ρυθμίζουν το βιολογικό ρολόι που είναι υπεύθυνο για τους κιρκαδιανούς ρυθμούς.
