Җирдәге яшәеш планетабызның хәрәкәтенә җайлашкан. Тере организмнарның, шул исәптән, кешеләрнең дә тәүлекнең даими ритмын тоярга һәм аңа җайлашырга ярдәм итә торган эчке, биология сәгатьләре барлыгын күптән белә идек инде. Әмма бу сәгать чынында ничек эшли соң? 2017 елда физиология һәм медицина өлкәсендә Нобель бүләген алачак галимнәр, Джеффри Һолл, Майкл Росбаш һәм Майкл Янг биологик сәгатьләребезгә күз салып, аларның эчке эшләрен өйрәнә алдылар. Аларның ачышы үсемлекләрнең, хайваннарның һәм кешеләрнең ничек Җир хәрәкәтенә синхронлашып, биологик ритмнарга җайлашуларын аңлата.
Дрозофилларны модель организм буларак кулланып, галимнәр гадәти көндәлек биологик ритм белән идарә итә торган генны аерып чыгарганнар. Бу ген күзәнәкләрдә төн дәвамында җыелып, көндез таркала торган аксымны кодлаштыра икән. Шуннан соң алар бу җайланманың өстәмә аксым компонентларын ачыкладылар һәм күзәнәк эчендәге үзеннән-үзе корыла торган сәгатьнең эше белән идарә итүче механизмны таптылар. Хәзер без бу биологик сәгатьнең башка күпкүзәнәкле организмнарның, шул исәптән, кешеләрнең дә күзәнәкләрендәге охшаш принциплар нигезендә эшләвен беләбез.
Гаҗәеп төгәллекләре аркасында, безнең эчке сәгатьләребез физиологиябезне тәүлекнең бөтенләй төрле булган фазаларына җайлаштыра ала. Бу сәгать үз тотышыбыз, һормон дәрәҗәләре, йокы, тән температурасы һәм метаболизм кебек мөһим функцияләрне җайга сала. Гаҗәеп биологик сәгать белән тышкы мөхит бер-берсенә вакытлыча ярашмый торса, без үзебезне начаррак хис итә башлыйбыз. Мәсәлән, төрле сәгать зоналары аша сәяхәт кылганда, бездә «джет лаг» була. Яшәү рәвешебезнең эчке сәгать урнаштырган ритмга туры килмәве аркасында төрле авыруларның барлыкка килүен күрсәтүче мәгълүматлар да бар.
Эчке сәгатебез
Җан ияләренең күпчелеге әйләнә-тирә мөхитнең көндәлек үзгәрешләрен тоя һәм аларга җайлаша белә. 18 гасырда астроном Жан Жак д’Орто де Мариан мимоза гөлләрен өйрәнгән һәм көн дәвамында яфракларның кояшка үрелгәнен, ә эңгер-меңгердә сулганын күргән. Моның белән кызыксынып китеп, ул үсемлекне дөм-караңгыда калдыргач, нәрсә булачагын белергә теләгән. Ул менә нәрсә ачыклаган: кояш яктысының булмавына карамастан, яфраклар гадәттәгечә өскә үрелгәннәр. Шул чакта галимнәр үсемлекләрнең үз биологик сәгатьләре бар дигән фикергә килгәннәр.
Башка тикшеренүчеләр үсемлекләрнең генә түгел, ә хайваннар белән кешеләрнең дә физиологияне көн дәвамында үзгәреп торачак шартларга җайларга булыша торган биологик сәгатьләре барлыгын ачыклаган. Бу регуляр адаптацияләрне циркадиан ритмнар дип йөртәләр. Латин телендә circa cүзе «әйләнә буйлап» дигәнне аңлата, ә dies «көн» дигән сүз. Шулай да, ул чорда галимнәр өчен эчке циркадиан биологик сәгатьнең ничек эшләве зур сер булып калган.
Эчке биологик сәгать. Көн дәвамында мимоза яфраклары кояшка үрелә, караңгыда исә сула. Жан Жак д’Орто де Мариан мимозаны дөм-караңгыда калдыра да, күзәтә. Эчке ритмына буйсынып, билгеле бер вакытта мимоза өскә үрелә, аннары үз вакытында сула.
Сәгать генының ачылуы
1970-елларда Сеймур Бензер белән аның укучысы Рональд Конопка дрозофил чебеннәрендә циркадиан ритмнарны контрольдә тота торган геннарны табып булу-булмавы турында уйлана башлаганнар. Алар аны тапканнар һәм бу генның мутацияләре аркасында чебеннәрдә циркадиан сәгатьләрнең бозыла алуын күрсәткәннәр. Бу бик мөһим генны алар период дип атаганнар. Әмма бу ген циркадиан ритмнарына ничек тәэсир итә соң?
Быел Нобель бүләген алачак галимнәр дә дрозофилларны өйрәнгәннәр. Алар биологик сәгатьнең серен чишә алганнар. 1984 елда бергәләп Бостондагы Брэндей университетында эшләгән Джеффри Һолл белән Майкл Росбаш һәм Нью-Йорктагы Рокфеллер университетында хезмәт куйган Майкл Янг период генын аерып чыгара алганнар. Аннары Джеффри Һолл белән Майкл Росбаш период кодлаштыра торган PER аксымының төн дәвамында тупланып, көн эчендә таркалуын аңлаган. Шул рәвешле, PER аксымының организмдагы микъдары, циркадиан ритм белән синхрон рәвештә, 24 сәгатьлек цикл дәвамында үзгәреп тора икән.
Үзе көйләнә торган сәгать механизмы
Галимнәрне бимазалаган киләсе сорау – циркадиан үзгәрешләрнең барлыкка килүен һәм саклануын аңлау. Джеффри Һолл белән Майкл Росбаш һипотезасына күрә, PER аксымы период генының активлыгын чикли. Аларның фикеренчә, әкренәйтүче эчке көйләнеш (inhibitory feedback loop) ярдәмендә, PER аксымы үзенең ясалышын чикли һәм шул рәвешле өзлексез циклик ритмда үз дәрәҗәсен көйли.
Период генының кире элемтә белән идарә итү схемасы. Рәсемдә 24 сәгатьлек тибрәнешләр дәвамында вакыйгалар барышы сурәтләнгән. Период гены актив чакта периодның мРНКсы ясала. мРНК күзәнәк төшенә күчерелә һәм PER аксымын җитештерер өчен калып сыйфатында кулланыла. PER аксымы күзәнәк төшендә туплана да, период генының активлыгын чикли. Нәтиҗәдә, кире элемтәнең тоткарлаучы механизмы кузгала. Бу — циркадиан ритмының нигезе.
Бу модель зур тырышлык белән төзелсә дә, анда һаман берничә элемент җитми иде. Период генының активлыгын туктатыр өчен, цитоплазмада җитештерелә торган PER аксымына күзәнәк төшенә үк (анда генетик материал саклана) үтеп керергә кирәк булыр иде. Һолл белән Росбаш PER аксымының күзәнәк төшендә төн дәвамында ясалуын күрсәтте, әмма алар анда ничек килеп чыга соң? 1994 елда Майкл Янг икенче сәгать генын — timeless (вакытсызлык) — ачты. Timeless гадәти, нормаль циркадиан ритмы өчен җавап бирә торган TIM аксымын кодлаштыра. Үзенең фәнни хезмәтендә Янг TIM аксымы PER белән бәйләнгән чакта ике аксымның күзәнәк төшенә үтеп керә алуын һәм шунда әкренәйтүче эчке көйләнешне туктатыр өчен период генының активлыгын чикләвен күрсәтте.
Циркадиан сәгатьнең молекуляр компонентлары. Гадиләштерелгән схема.
Эчке көйләнешнең мондый механизмы күзәнәк аксымының микъдары үзгәреп торуны аңлата алды, әмма сораулар кала бирде. Бу тибрәнешләрнең ешлыгын нәрсә контрольдә тота? Майкл Янг тагын бер генны ачты. Doubletime (тагын бер тапкыр) гены DBT аксымын кодлаштыра. Бу аксым PER аксымының туплануын туктатып тора. Шул рәвешле, тибрәнешләрнең 24 сәгатьлек циклга азмы-күпме туры килерлек итеп идарә ителүе аңлашыла башлады.
Бу өч галимнең ачышлары ярдәмендә биологик сәгатьнең төп механистик принциплары билгеле булды. Тагын берничә ел эчендә сәгать механизмының башка молекуляр компонентлары да ачыкланды, алар “сәгатьнең” стабильлеген һәм эшләвен тагын да тирәнрәк аңлаттылар. Мәсәлән, быелгы Нобель ияләре период генын активлаштыру өчен кирәкле өстәмә аксымнарны таптылар, яктылык белән сәгатьне синхронлаштыра торган механизмны ачтылар.
Кеше физиологиясенең эчке сәгате
Биологик сәгать безнең катлаулы физиологиябезнең күп өлешендә катнаша. Хәзер барлык күп күзәнәкле организмнарның, шул исәптән, кешеләрнең дә, циркадиан ритмнарын контрольдә тотар өчен охшаш механизмны куллануын беләбез. Геннарыбызның бик зур өлеше белән биологик сәгать идарә итә, димәк, җентекләп төзелгән циркадиан ритмы физиологиябезне тәүлекнең төрле фазалары өчен җайлаштыра. 2017 елда физиология һәм медицина өлкәсендә Нобель бүләген алачак 3 лауреатның уртак ачышы ярдәмендә, циркадиан биологиясе бер зур һәм бик тиз үсүче тикшеренүләр өлкәсенә әйләнде. Бу фәнни өлкәнең сәламәтлегебезгә йогынтысы зур.
Циркадиан сәгать физиологияне тәүлекнең төрле фазаларына җайлаштыра. Биологик сәгатебез йокы вакытын, туклану гадәтләрен, кан басымы һәм тән температурасын контрольдә тотарга ярдәм итә.
Галимнәр турында мәгълүмат
Джеффри С. Һолл 1945 елда АКШта, Нью-Йорк шәһәрендә туган. 1971 елда Сиэттлдагы Вашингтон университетында доктор дәрәҗәсен ала, постдок эшен 1971-1973 елларда Пасадена шәһәрендә Калифорния Технология институтында үтә. 1974 елда Брандей университетында эшли башлый. 2002 елдан Мэн университеты белән хезмәттәшлек итә.
Майкл Росбаш 1944 елда Канзаста туган. 1970 Массачусетс технология институтында докторлык дәрәҗәсен ала, Эдинбург университетында постдок эшен үтә. 1974 елдан Брандей университетында эшли.
Майкл В. Янг 1949 елда Майамида туган. 1975 елда Техас университетында докторлык дәрәҗәсен ала. 1975-1977 елларда Стэнфордта постдок эшен үти. 1978 елдан Нью-Йорктагы Рокфеллер университетында эшли.
Нобель бүләге сайтының пресс-релизы нигезендә
иллюстрацияләр: Nobel Media
