علم خواب: چرا جایزه نوبل پزشکی اهدا شد جایزه نوبل پزشکی به دلیل کشف مکانیسم های ریتم شبانه روزی جایزه نوبل زیست شناسی یا پزشکی اهدا شد.

زندگی روی زمین از ریتمی پیروی می کند که چرخش سیاره را به دور خودش و به دور خورشید تنظیم می کند. بیشتر موجودات زنده دارای "ساعت" داخلی هستند - مکانیسم هایی که به آنها اجازه می دهد مطابق با این ریتم زندگی کنند. هال، روزباش و یانگ به داخل قفس نگاه کردند و دیدند که ساعت بیولوژیکی چگونه کار می کند.

مگس مگس سرکه به عنوان ارگانیسم های مدل خدمت می کرد. ژنتیک شناسان موفق به شناسایی ژنی شده اند که ریتم زندگی حشرات را کنترل می کند. مشخص شد که پروتئینی را رمزگذاری می کند که در شب در سلول ها تجمع می یابد و به آرامی در طول روز مورد استفاده قرار می گیرد. بعداً چندین پروتئین دیگر کشف شد که در تنظیم ریتم شبانه روزی نقش دارند. اکنون برای زیست شناسان روشن شده است که مکانیسم تنظیم روال روزانه در همه موجودات زنده، از گیاهان گرفته تا انسان، یکسان است. این مکانیسم فعالیت، سطح هورمون، دمای بدن و متابولیسم را کنترل می کند که بسته به زمان روز متفاوت است. از زمان اکتشافات هال، روزباش و یانگ، داده‌های زیادی در مورد اینکه چگونه انحرافات ناگهانی یا مداوم در سبک زندگی نسبت به آنچه که توسط «ساعت بیولوژیکی» تنظیم شده است، می‌تواند برای سلامتی خطرناک باشد، به دست آمده است.

اولین شواهدی مبنی بر اینکه موجودات زنده "حس زمان" دارند در قرن هجدهم ظاهر شد: سپس طبیعت‌شناس فرانسوی ژان ژاک d'Hortu de Mairan نشان داد که میموزا همچنان گل‌های خود را در صبح باز می‌کند و در عصر بسته می‌شود. تاریکی شبانه روزی تحقیقات بیشتر نشان داد که نه تنها گیاهان زمان روز را حس می کنند، بلکه حیوانات نیز از جمله انسان ها را حس می کنند.تغییرات دوره ای در شاخص های فیزیولوژیکی و رفتار در طول روز ریتم شبانه روزی نامیده می شود - از لاتین. در حدود- دایره و می میرد- روز

در دهه 70 قرن گذشته، سیمور بنزر و شاگردش رونالد کونوپکا ژنی را پیدا کردند که ریتم های شبانه روزی را در مگس سرکه کنترل می کند و دوره آن را مشخص کردند. در سال 1984، جفری هال و مایکل روزباش که در دانشگاه برندلیس در بوستون و مایکل یانگ در دانشگاه راکفلر نیویورک کار می کردند، ژن را جدا کردند. دوره زمانیو سپس هال و روزباش متوجه شدند که پروتئین رمزگذاری شده در آن، PER، چه کاری انجام می دهد - و در شب در سلول جمع می شود و تمام روز صرف می شود، بنابراین می توانید زمان روز را بر اساس غلظت آن قضاوت کنید.

این سیستم، همانطور که هال و روزباش پیشنهاد کردند، خود را تنظیم می کند: پروتئین PER فعالیت ژن پریود را مسدود می کند، بنابراین به محض اینکه مقدار زیادی از آن وجود داشته باشد، سنتز پروتئین متوقف می شود و با مصرف پروتئین از سر گرفته می شود. تنها چیزی که باقی مانده بود پاسخ به این سؤال بود که چگونه پروتئین وارد هسته سلول می شود - بالاخره فقط در آنجا می تواند بر فعالیت ژن تأثیر بگذارد.

در سال 1994، یانگ ژن دوم مهم برای ریتم های شبانه روزی را کشف کرد، بی زمان، که پروتئین TIM را رمزگذاری می کند، که به پروتئین PER کمک می کند از غشای هسته عبور کند و ژن پریود را مسدود کند. یک ژن دیگر دوبارمعلوم شد که مسئول پروتئین DBT است که تجمع پروتئین PER را کند می کند - به طوری که چرخه سنتز آن و مکث بین آنها 24 ساعت طول می کشد. در سال‌های بعد، بسیاری از ژن‌ها و پروتئین‌های دیگر کشف شدند - بخش‌هایی از مکانیسم ظریف «ساعت بیولوژیکی»، از جمله آن‌هایی که به شما امکان می‌دهند «دست‌ها را بالا ببرید» - پروتئین‌هایی که فعالیت آنها به روشنایی بستگی دارد.

ریتم‌های شبانه‌روزی جنبه‌های مختلف زندگی بدن ما را تنظیم می‌کنند، از جمله در سطح ژنتیکی: برخی از ژن‌ها در شب فعال‌تر هستند، برخی در طول روز. به لطف اکتشافات برندگان 2017، زیست شناسی ریتم های شبانه روزی به یک رشته علمی گسترده تبدیل شده است. هر ساله ده ها مقاله علمی در مورد نحوه عملکرد «ساعت بیولوژیکی» در گونه های مختلف از جمله انسان نوشته می شود.

جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی. گروهی از دانشمندان از ایالات متحده آمریکا صاحب آن شدند. مایکل یانگ، جفری هال و مایکل روزباش به دلیل کشف مکانیسم‌های مولکولی که ریتم شبانه‌روزی را کنترل می‌کنند، این جایزه را دریافت کردند.

بر اساس وصیت نامه آلفرد نوبل، این جایزه به «کسی که کشف مهمی در این زمینه انجام دهد» تعلق می گیرد. سردبیران TASS-DOSSIER مطالبی را در مورد نحوه اعطای این جایزه و برندگان آن آماده کرده اند.

اعطای جایزه و معرفی نامزدها

مجمع نوبل موسسه کارولینسکا، واقع در استکهلم، مسئول اعطای این جایزه است. مجمع متشکل از 50 استاد این مؤسسه است. بدنه کاری آن کمیته نوبل است. متشکل از پنج نفر است که توسط مجمع از بین اعضای آن برای مدت سه سال انتخاب می شوند. مجمع چندین بار در سال برای بحث در مورد نامزدهای انتخاب شده توسط کمیته تشکیل جلسه می دهد و در اولین دوشنبه ماه اکتبر، برنده جایزه را با اکثریت آرا انتخاب می کند.

دانشمندان کشورهای مختلف از جمله اعضای مجمع نوبل مؤسسه کارولینسکا و دارندگان جوایز نوبل در فیزیولوژی و پزشکی و شیمی که دعوت‌نامه‌های ویژه‌ای از کمیته نوبل دریافت کرده‌اند، حق نامزدی برای این جایزه را دارند. داوطلبان می توانند از سپتامبر تا 31 ژانویه سال بعد پیشنهاد شوند. 361 نفر برای این جایزه در سال 2017 رقابت می کنند.

برندگان جایزه

این جایزه از سال 1901 اعطا می شود. اولین برنده جایزه، پزشک، میکروبیولوژیست و ایمونولوژیست آلمانی، امیل آدولف فون برینگ بود که روش ایمن سازی علیه دیفتری را ابداع کرد. در سال 1902، این جایزه به رونالد راس (بریتانیای کبیر)، که مالاریا را مطالعه می کرد، اعطا شد. در سال 1905 - رابرت کخ (آلمان) که عوامل ایجاد کننده سل را مطالعه کرد. در سال 1923 - فردریک بانتینگ (کانادا) و جان مک لئود (بریتانیا) که انسولین را کشف کردند. در سال 1924 - بنیانگذار الکتروکاردیوگرافی، ویلم آینهوون (هلند)؛ در سال 2003، پل لاتربر (ایالات متحده آمریکا) و پیتر منسفیلد (بریتانیا) روش تصویربرداری رزونانس مغناطیسی را توسعه دادند.

به گفته کمیته نوبل مؤسسه کارولینسکا، مشهورترین جایزه هنوز هم جایزه سال 1945 است که به الکساندر فلمینگ، ارنست چین و هاوارد فلوری (بریتانیا کبیر)، که پنی سیلین را کشف کردند، اعطا شد. برخی از اکتشافات در طول زمان اهمیت خود را از دست داده اند. از جمله آنها روش لوبوتومی است که در درمان بیماری های روانی استفاده می شود. António Egas-Moniz پرتغالی برای توسعه آن در سال 1949 این جایزه را دریافت کرد.

در سال 2016، این جایزه به یوشینوری اوسومی، زیست شناس ژاپنی "به دلیل کشف مکانیسم اتوفاژی" (فرایند پردازش سلولی محتویات غیر ضروری در آن) اهدا شد.

به گزارش وب سایت نوبل، امروز 211 نفر در فهرست برندگان جوایز حضور دارند که 12 نفر از آنها زن هستند. در میان برندگان جایزه دو تن از هموطنان ما هستند: فیزیولوژیست ایوان پاولوف (1904؛ برای کار در زمینه فیزیولوژی گوارش) و زیست شناس و آسیب شناس ایلیا مکنیکوف (1908؛ برای تحقیق در مورد ایمنی).

آمار

در سال‌های 1901-2016، جایزه فیزیولوژی یا پزشکی 107 بار اهدا شد (در سال‌های 1915-1918، 1921، 1925، 1940-1942، مجمع نوبل مؤسسه کارولینسکا قادر به انتخاب برنده نشد). 32 بار جایزه بین دو برنده و 36 بار بین سه نفر تقسیم شد. میانگین سنی برندگان 58 سال است. جوانترین آنها فردریک بانتینگ کانادایی است که در سال 1923 در سن 32 سالگی این جایزه را دریافت کرد و مسن ترین آنها فرانسیس پیتون رز آمریکایی 87 ساله (1966) است.

هفته نوبل سالانه روز دوشنبه با اعلام برندگان جایزه فیزیولوژی یا پزشکی در استکهلم آغاز شد. بیان کرد که در این بخش جایزه سال 2017 به محققان مایکل روزباش و مایکل یانگ برای

کشف مکانیسم‌های مولکولی که ریتم‌های شبانه‌روزی را کنترل می‌کنند - نوسانات چرخه‌ای در شدت فرآیندهای مختلف بیولوژیکی مرتبط با تغییر روز و شب.

زندگی روی زمین با چرخش سیاره سازگار شده است. مدت هاست ثابت شده است که همه موجودات زنده، از گیاهان گرفته تا انسان، دارای یک ساعت بیولوژیکی هستند که به بدن اجازه می دهد با تغییراتی که در طول روز در محیط رخ می دهد، سازگار شود. اولین مشاهدات در این زمینه در آغاز عصر ما انجام شد و تحقیقات دقیق تر در قرن 18 آغاز شد.

در قرن بیستم، ریتم‌های شبانه‌روزی گیاهان و حیوانات کاملاً مورد مطالعه قرار گرفته بود، اما دقیقاً نحوه عملکرد «ساعت داخلی» یک راز باقی ماند. این راز توسط ژنتیک‌دانان و کرونوبیولوژیست‌های آمریکایی هال، روزباش و یانگ کشف شد.

مگس میوه به یک ارگانیسم نمونه برای تحقیق تبدیل شد. تیمی از محققان موفق به کشف ژنی در آنها شدند که ریتم های بیولوژیکی را کنترل می کند.

دانشمندان دریافته اند که این ژن پروتئینی را رمزگذاری می کند که در طول شب در سلول ها تجمع می یابد و در طول روز از بین می رود.

متعاقباً، آنها عناصر دیگری را شناسایی کردند که مسئول خودتنظیمی «ساعت سلولی» هستند و ثابت کردند که ساعت بیولوژیکی در سایر موجودات چند سلولی از جمله انسان به روشی مشابه کار می کند.

ساعت های داخلی ما فیزیولوژی ما را با زمان های کاملا متفاوت از روز تطبیق می دهند. رفتار، خواب، متابولیسم، دمای بدن و سطح هورمون ها به آنها بستگی دارد. وقتی بین عملکرد ساعت داخلی و محیط ناسازگاری وجود داشته باشد، رفاه ما بدتر می شود. بنابراین، بدن به تغییر ناگهانی منطقه زمانی با بی خوابی، خستگی و سردرد واکنش نشان می دهد. جت لگ چندین دهه است که در طبقه بندی بین المللی بیماری ها گنجانده شده است. عدم تطابق بین سبک زندگی و ریتم های دیکته شده توسط بدن منجر به افزایش خطر ابتلا به بسیاری از بیماری ها می شود.

اولین آزمایش های مستند با ساعت های داخلی در قرن 18 توسط ستاره شناس فرانسوی ژان ژاک دو مران انجام شد. او متوجه شد که برگ‌های میموزا هنگام شب می‌ریزد و دوباره در صبح پخش می‌شود. هنگامی که د مران تصمیم گرفت نحوه رفتار گیاه را بدون دسترسی به نور آزمایش کند، معلوم شد که برگ های میموزا بدون توجه به روشنایی می ریزند و بلند می شوند - این پدیده ها با تغییرات در زمان روز همراه بود.

متعاقباً، دانشمندان دریافتند که سایر موجودات زنده نیز پدیده های مشابهی دارند که بدن را با تغییرات شرایط در طول روز سازگار می کند.

آنها ریتم شبانه روزی نامیده می شدند، از کلمات circa - "در اطراف" و می میرد - "روز". در دهه 1970، سیمور بنزر، فیزیکدان و زیست شناس مولکولی به این فکر افتاد که آیا می توان ژنی را که ریتم های شبانه روزی را کنترل می کند، شناسایی کرد. او موفق به انجام این کار شد، ژن دوره نامگذاری شد، اما مکانیسم کنترل ناشناخته باقی ماند.

در سال 1984 هال، رویباش و یانگ موفق شدند او را بشناسند.

آنها ژن لازم را جدا کردند و دریافتند که بسته به زمان روز مسئول فرآیند تجمع و تخریب پروتئین مرتبط با آن (PER) در سلول ها است.

وظیفه بعدی محققان این بود که بفهمند نوسانات شبانه روزی چگونه بوجود می آیند و چگونه حفظ می شوند. هال و روزباش پیشنهاد کردند که تجمع پروتئین مانع از کارکرد ژن می شود و در نتیجه محتوای پروتئین در سلول ها را تنظیم می کند.

با این حال، برای جلوگیری از عملکرد یک ژن، پروتئین تولید شده در سیتوپلاسم باید به هسته سلول، جایی که ماده ژنتیکی در آن قرار دارد، برسد. معلوم می شود که PER واقعاً در شب به هسته ادغام می شود، اما چگونه به آنجا می رسد؟

در سال 1994، یانگ ژن دیگری را کشف کرد، بی زمان، که پروتئین TIM را رمزگذاری می کند، که برای ریتم های طبیعی شبانه روزی ضروری است.

او دریافت که وقتی TIM به PER متصل می شود، می توانند وارد هسته سلول شوند، جایی که ژن پریود را از طریق مهار بازخورد مسدود می کنند.

اما برخی از سوالات همچنان بی پاسخ مانده است. به عنوان مثال، چه چیزی فرکانس نوسانات شبانه روزی را کنترل می کند؟ یانگ متعاقبا ژن دیگری به نام doubletime را کشف کرد که مسئول تشکیل پروتئین DBT بود که تجمع پروتئین PER را به تاخیر انداخت. همه این اکتشافات به درک چگونگی سازگاری نوسانات با چرخه روزانه 24 ساعته کمک کردند.

پس از آن، هال، رویباش و یانگ چندین اکتشاف دیگر انجام دادند که اکتشافات قبلی را تکمیل و اصلاح کردند.

به عنوان مثال، آنها تعدادی پروتئین لازم برای فعال شدن ژن پریود را شناسایی کردند و همچنین مکانیسمی را آشکار کردند که توسط آن ساعت داخلی با نور هماهنگ می شود.

محتمل ترین نامزدهای جایزه نوبل در این زمینه، ویروس شناس یوان چانگ و همسرش، انکولوژیست، بودند که ویروس هرپس نوع 8 مرتبط با سارکوم کاپوزی را کشف کردند. پروفسور لوئیس کانتلی، که مسیرهای سیگنال دهی آنزیم های فسفوئینوزیتید 3-کیناز را کشف کرد و نقش آنها را در رشد تومور مطالعه کرد و پروفسوری که سهم عمده ای در تجزیه و تحلیل داده های به دست آمده با روش های تصویربرداری مغز داشت.

در سال 2016، یوشینوری اوسومی ژاپنی به دلیل کشف مکانیسم اتوفاژی - فرآیند تخریب و بازیافت زباله های درون سلولی، برنده جایزه شد.

کمیته نوبل در 2 اکتبر 2017 اسامی برندگان جایزه نوبل 2017 را در فیزیولوژی یا پزشکی اعلام کرد. 9 میلیون کرون سوئد توسط زیست شناسان آمریکایی جفری سی هال، مایکل روزباش و مایکل دبلیو یانگ برای کشف مکانیسم مولکولی ساعت بیولوژیکی، یعنی ریتم بی پایان شبانه روزی زندگی موجودات زنده، از جمله انسان.

در طی میلیون ها سال، زندگی با چرخش سیاره سازگار شده است. از قدیم می دانستیم که ما یک ساعت بیولوژیکی داخلی داریم که زمان روز را پیش بینی می کند و با آن سازگار می شود. عصر می خواهم بخوابم و صبح می خواهم بیدار شوم. هورمون ها دقیقاً طبق یک برنامه در خون ترشح می شوند و توانایی ها / رفتار فرد - هماهنگی، سرعت واکنش - نیز به زمان روز بستگی دارد. اما این ساعت داخلی چگونه کار می کند؟

کشف ساعت بیولوژیکی به ستاره شناس فرانسوی ژان ژاک دو مران نسبت داده می شود که در قرن هجدهم متوجه شد که برگ های میموزا در روز به سمت خورشید باز می شوند و در شب بسته می شوند. او تعجب کرد که اگر گیاه در تاریکی مطلق قرار گیرد چگونه رفتار می کند. معلوم شد که حتی در تاریکی، میموزا از نقشه پیروی می کند - انگار یک ساعت داخلی دارد.

بعدها، چنین بیوریتم هایی در سایر گیاهان، حیوانات و انسان ها یافت شد. تقریباً همه موجودات زنده روی این سیاره به خورشید واکنش نشان می دهند: ریتم شبانه روزی به شدت در زندگی زمینی، در متابولیسم تمام حیات روی این سیاره قرار دارد. اما نحوه عملکرد این مکانیسم همچنان یک راز باقی مانده است.

برندگان جایزه نوبل ژنی را جدا کردند که ریتم بیولوژیکی روزانه مگس میوه را کنترل می کند (انسان و مگس به دلیل وجود اجداد مشترک ژن های مشترک زیادی دارند). آنها اولین کشف خود را در سال 1984 انجام دادند. ژن کشف شده نامگذاری شد دوره زمانی.

ژن دوره زمانیپروتئین PER را رمزگذاری می کند که در شب در سلول ها تجمع می یابد و در طول روز از بین می رود. غلظت پروتئین PER در یک برنامه 24 ساعته مطابق با ریتم شبانه روزی تغییر می کند.

آنها سپس اجزای اضافی پروتئین را شناسایی کردند و مکانیسم درون سلولی ریتم شبانه روزی را کاملاً کشف کردند - در این پاسخ منحصر به فرد، پروتئین PER فعالیت ژن را مسدود می کند. دوره زمانی، یعنی PER سنتز خود را مسدود می کند، اما به تدریج در طول روز تجزیه می شود (نمودار بالا را ببینید). این یک مکانیسم حلقه‌ای بی‌پایان خودکفا است. در سایر موجودات چند سلولی بر اساس همین اصل عمل می کند.

پس از کشف ژن، پروتئین مربوطه و مکانیسم کلی ساعت داخلی، چند قطعه دیگر از پازل گم شده بود. دانشمندان می دانستند که پروتئین PER در شب در هسته سلول تجمع می یابد. آنها همچنین می دانستند که mRNA مربوطه در سیتوپلاسم تولید می شود. مشخص نیست که چگونه پروتئین از سیتوپلاسم به هسته سلول می رسد. در سال 1994، مایکل یانگ ژن دیگری را کشف کرد بی زمان، که پروتئین TIM را کد می کند و برای عملکرد طبیعی ساعت داخلی نیز ضروری است. او ثابت کرد که اگر TIM به PER متصل شود، یک جفت پروتئین می توانند به هسته سلول نفوذ کنند، جایی که فعالیت ژن را مسدود می کنند. دوره زمانی، بنابراین چرخه بی پایان تولید پروتئین PER بسته می شود.

به نظر می رسد که این مکانیسم ساعت داخلی ما را با دقت بسیار عالی با زمان روز تطبیق می دهد. عملکردهای حیاتی مختلف بدن از جمله رفتار انسان، سطح هورمون ها، خواب، دمای بدن و متابولیسم را تنظیم می کند. اگر یک تناقض موقت بین شرایط خارجی و ساعت بیولوژیکی درونی او وجود داشته باشد، برای مثال، هنگام سفر مسافت های طولانی در مناطق زمانی مختلف، فرد احساس ناخوشی می کند. همچنین شواهدی وجود دارد که نشان می دهد عدم تطابق مزمن بین سبک زندگی و ساعت بدن با افزایش خطر ابتلا به بیماری های مختلف از جمله دیابت، چاقی، سرطان و بیماری های قلبی عروقی مرتبط است.

بعدها، مایکل یانگ ژن دیگری را شناسایی کرد دوبارپروتئین DBT را کد می کند، که تجمع پروتئین PER را در سلول کند می کند و به بدن اجازه می دهد تا با دقت بیشتری خود را با 24 ساعت شبانه روز تنظیم کند.

در سال‌های بعد، برندگان کنونی جایزه نوبل با جزئیات بیشتری به دخالت سایر اجزای مولکولی در ریتم شبانه‌روزی پرداختند؛ آنها پروتئین‌های دیگری را پیدا کردند که در فعال‌سازی ژن نقش دارند. دوره زمانیو همچنین مکانیسم هایی را کشف کرد که چگونه نور به همگام سازی ساعت بیولوژیکی با شرایط محیطی خارجی کمک می کند.

از چپ به راست: مایکل روزباش، مایکل یانگ، جفری هال

تحقیقات در مورد مکانیسم ساعت داخلی هنوز کامل نشده است. ما فقط قسمت های اصلی مکانیسم را می دانیم. زیست شناسی شبانه روزی - مطالعه ساعت داخلی و ریتم شبانه روزی - به عنوان یک منطقه تحقیقاتی جداگانه به سرعت در حال توسعه ظاهر شده است. و همه اینها به لطف سه برنده فعلی جایزه نوبل اتفاق افتاد.

کارشناسان چندین سال است که در مورد اینکه مکانیسم مولکولی ریتم‌های شبانه‌روزی جایزه نوبل اعطا شود بحث می‌کنند - و حالا بالاخره این اتفاق رخ داده است.