Наши внутренние часы

Большинство живых организмов адаптируются к ежедневным изменениям окружающей среды. В течение 18-го века астроном Жан Жак д'Ортус де Майран изучал мимозу и обнаружил, что листья этого растения открываются на солнце днем ​​и закрываются в сумерках. Он задавался вопросом, что произойдет, если растение будет помещено в постоянную темноту. Он обнаружил, что независимо от дневного солнечного света листья продолжают следовать своим нормальным суточным колебаниям. У растений, казалось, были свои биологические часы.

Другие исследователи обнаружили, что не только растения, но и животные, и люди имеют биологические часы, которые помогают адаптироваться  к колебаниям дня. Эта регулярная адаптация называется циркадианным ритмом (от лат. circa — около, кругом и лат. dies — день). Но то, как наши внутренние циркадные биологические часы работали, долгое время оставалось загадкой.

В 1970-е годы Сеймур Бензер и его ученик Рональд Конопка начали исследование по идентификации генов, которые контролируют циркадный ритм у плодовых мух. Они продемонстрировали, что мутации неизвестного гена нарушают циркадные часы мух.

Нобелевские лауреаты этого года, которые также изучали плодовых мух, стремились выяснить, как работают биологические часы. В 1984 году Джеффри Холл и Майкл Росбаш, работающие в тесном сотрудничестве в Университете Брандейса в Бостоне, и Майкл Янг в Университете Рокфеллера в Нью-Йорке, смогли выделить циркадианный ген. Затем Джеффри Холл и Майкл Росбаш обнаружили, что белок PER накапливается в течение ночи и деградирует в течение дня. Таким образом, уровни белка PER колеблются в течение 24-часового цикла, синхронно с циркадным ритмом.

Джеффри Холл и Майкл Росбаш изучили саморегулирующийся механизм часового механизма и предположили, что белок PER блокирует активность циркадного гена. Они полагали, что с помощью ингибирования обратной связи белок PER может препятствовать его собственному синтезу и тем самым регулировать свой собственный уровень в непрерывном циклическом ритме.

Джеффри Холл и Майкл Росбаш показали, что белок PER накапливается в клеточном ядре ночью. В 1994 году Майкл Янг обнаружил второй ген вневременной синхронизации, кодирующий белок TIM, который необходим для функционирования нормального циркадного ритма. В своей работе он показал, что когда ТИМ связан с PER, два белка могли войти в ядро ​​клетки, где они, блокировали активность циркадного гена в течение цикла. Майкл Янг идентифицировал еще один ген, кодирующий белок DBT, который задерживал накопление белка PER. Это обеспечило понимание регуляции 24-часового цикла.

Открытые парадигмы лауреатов Нобелевской премии 2017 установили ключевые принципы биологических часов. В последующие годы были выяснены другие молекулярные компоненты часового механизма, объясняющие его стабильность и функционирование. Например, лауреаты этого года определили дополнительные белки, необходимые для активации циркадного гена, а также механизм, посредством которого свет может синхронизировать часы.