Ανακαλύψεις για τον τρόπο με τον οποίο οι οργανισμοί παραμένουν σε συγχρονισμό με το ρυθμό της γης κατά τη διάρκεια της ημέρας και της νύχτας κέρδισαν φέτος το βραβείο Νόμπελ στην Ιατρική.
Ο Jeffrey Hall και ο Michael Rosbash, από το πανεπιστήμιο Brandeis στο Waltham της Μασαχουσέτης, θα μοιραστούν το βραβείο των 9 εκατομμυρίων σουηδικών κορόνων (1,1 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ) με τον Michael Young από το πανεπιστήμιο Rockefeller της Νέας Υόρκης.
Οι τρεις βραβευθέντες, από αριστερά ο Τζέρι Χολ, ο Μαικλ Ρόσμπας και ο Μάικλ Γιανγκ.
Οι τρεις επιστήμονες, ξεκίνησαν την έρευνά τους τη δεκαετία του ’80 απομονώνοντας ένα περιοδικό γονίδιο σε μύγες φρούτων, που κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη που συσσωρεύεται κάθε νύχτα, μόνο για να διασπαστεί την επόμενη ημέρα.
Σε επόμενες εργασίες, το τρίο των επιστημόνων, όπως και άλλοι επιστήμονες, αποτίμησαν τη μοριακή ρύθμιση του συγκεκριμένου γονιδίου (και της πρωτεΐνης που κωδικοποιεί, που ονομάζεται PER) και ταυτοποίησαν πρόσθετα συστατικά του κιρκάριου ρολογιού.
Όλοι οι πολυκύτταροι οργανισμοί διαθέτουν κιρκάδια ρολόγια ενώ είναι γνωστό στην επιστημονική κοινότητα πως στον άνθρωπο όταν το φαγητό και οι συνήθειες του ύπνου είναι εκτός συγχρονισμού με το κιρκάδιο ρολόι του σώματος, οδηγούμαστε σε διαταραχές του μεταβολισμού.
Οι κιρκαδικοί ρυθμοί είναι «εξίσου θεμελιώδεις με την αναπνοή», δήλωσε ο Χαράλαμπος Κυριακού, μοριακός γενετιστής στο Πανεπιστήμιο του Leicester στο Ηνωμένο Βασίλειο.
«Δεν υπάρχει καμία πτυχή της βιολογίας στην οποία οι κιρκαδικοί ρυθμοί δεν είναι σημαντικοί. Είναι απολύτως θεμελιώδεις με έναν τρόπο που δεν είχαμε προβλέψει πριν από τις ανακαλύψεις που τιμήθηκαν φέτος».
Το βιολογικό ρολόι
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. 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 κιρκάδιος ρυθμός. Προέρχεται από τις λατινικές λέξεις circa που σημαίνει γύρω και dies που σημαίνει ημέρα. Πώς ακριβώς όμως αυτό το ρολόι λειτουργεί, παρέμενε άγνωστο.
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 κιρκάδιο 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 τα φυτά.
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 έδειξε πως 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.
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.
