Нобелевская премия по медицине 2017: За раскрытие секретов клеточного «тайм-менеджмента»

Нобелевскую премию, составившую 9 миллионов шведских крон (примерно 1,12 миллиона долларов), присудили трем американским генетикам: Джеффри Холлу, Майклу Росбашу и Майклу Янгу (Jeffrey Hall, Michael Rosbash, Michael Young). За последние 20 лет ХХ века ученые объяснили, каким образом клетки поддерживают суточные (циркадные) ритмы, даже будучи полностью «отключенными» от изменения освещенности и других внешних параметров, которые колеблются в течение 24 часов на планете Земля.

Циркадный ритм планеты за миллиарды лет эволюции задал суточные колебания биологических показателей внутри всех живых организмов. Причем биоритмы постепенно стали внутренними — эндогенными. Бактерии, грибы, растения, животные и даже человек при отключении от привычных суточных колебаний внешней среды (свет, температура, давление, шум, стрелки часов и др.) успешно поддерживают ритмичность биохимических и физиологических процессов. Например, растения в абсолютной темноте меняют положение листьев, как если бы на них продолжало светить солнце днем, а человек во время хроноизоляции сохраняет смену циклов сна и бодрствования, правда постепенно 24‑часовой ритм у homo sapiens удлиняется до 36 часов.

В 1984 году Джеффри Холл и Майкл Росбаш из Брандейского университета в Бостоне, и Майкл Янг из Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке смогли идентифицировать у дрозофил ген Per (от period — «период»), который был в 70‑х годах «уличен» другими учеными из США (Seymour Benzer и Ronald Konopka) в регуляции циркадных ритмов плодовой мушки.

Одна мутация этого гена удлиняла циркадные ритмы дрозофил до 29 часов, вторая — укорачивала до 19 часов, а третья вообще полностью отменяла ритмичную жизнедеятельность мушек.

Немногим позже ученые обнаружили, что белок PER, кодируемый геном Per, ночью накапливается и постепенно деградирует днем. Генетики закономерно предположили, что белок PER может блокировать активность гена Per, поэтому, когда белок разрушается к концу дня, ген освобождается от блокирования и начинается его ночной активный синтез. Таким образом они обосновали существование петли обратной отрицательной связи между белком и активностью гена, который его кодирует в непрерывном циркадном ритме.

Далее перед учеными встал вопрос клеточной логистики: как белок PER, синтезируемый в цитоплазме, влияет на ген Per, который находится в ядре.

На вопрос успешно ответил Майкл Янг в 1994 году, когда обнаружил второй важный ген циркадного ритма — timeless («вневременной»), кодирующий белок TIM. Янг показал, что когда белки TIM и PER были связаны, они могли проникать в ядро клетки, где блокировали активность гена Per, замыкая петлю обратной связи.

Постепенно были открыты и другие гены, участвующие в тонкой регуляции циркадных ритмов, а также механизм, посредством которого свет может синхронизировать ритмы. Знания пополнялись исследованиями других биологических объектов, включая человека. Однако основополагающие универсальные молекулярно-генетические принципы циркадных ритмов открыли лауреаты Нобелевской премии 2017 года.

Знания о механизмах формирования «циркадных ритмов» в будущем позволят контролировать и влиять на биологические часы человека. К примеру, человечество сможет полностью забыть о таком явлении, как «джетлаг», т. е. ухудшении самочувствия в результате резкой смены часовых поясов (например, при длительном перелете).

Напомним, что Нобелевская премия прошлого года по медицине и физиологии досталась японскому учёному Ёсинори Осуми (Yoshinori Ohsumi) за обоснование генетической детерминированности и раскрытие механизмов аутофагии — чрезвычайно полезной способности клеток переваривать свои отработавшие части.