ศาสตร์แห่งการนอนหลับ: เหตุใดจึงได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ รางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ ได้รับรางวัลจากการค้นพบกลไกของจังหวะการเต้นของหัวใจ รางวัลโนเบลสาขาชีววิทยาหรือการแพทย์

ชีวิตบนโลกเป็นไปตามจังหวะที่กำหนดการหมุนของดาวเคราะห์รอบตัวเองและรอบดวงอาทิตย์ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มี "นาฬิกา" ภายใน - กลไกที่ช่วยให้พวกมันมีชีวิตอยู่ตามจังหวะนี้ ฮอลล์, Rosbash และ Young มองเข้าไปในกรงและเห็นว่านาฬิกาชีวภาพทำงานอย่างไร

แมลงวันดรอสโซฟิล่าทำหน้าที่เป็นสิ่งมีชีวิตต้นแบบ นักพันธุศาสตร์สามารถระบุยีนที่ควบคุมจังหวะชีวิตของแมลงได้ ปรากฎว่ามันเข้ารหัสโปรตีนที่สะสมอยู่ในเซลล์ในเวลากลางคืนและนำไปใช้อย่างช้าๆ ในระหว่างวัน ต่อมามีการค้นพบโปรตีนอีกหลายชนิดที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจ ปัจจุบันเป็นที่ชัดเจนสำหรับนักชีววิทยาว่ากลไกที่ควบคุมกิจวัตรประจำวันนั้นเหมือนกันในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่พืชจนถึงมนุษย์ กลไกนี้จะควบคุมกิจกรรม ระดับฮอร์โมน อุณหภูมิของร่างกาย และการเผาผลาญ ซึ่งจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน นับตั้งแต่การค้นพบ Hall, Rosbash และ Young ข้อมูลจำนวนมากได้แสดงให้เห็นว่าการเบี่ยงเบนวิถีชีวิตอย่างกะทันหันหรืออย่างต่อเนื่องจากที่กำหนดโดย "นาฬิกาชีวภาพ" อาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพได้อย่างไร

หลักฐานแรกที่แสดงว่าสิ่งมีชีวิตมี "ความรู้สึกของเวลา" ปรากฏขึ้นในศตวรรษที่ 18 จากนั้นนักธรรมชาติวิทยาชาวฝรั่งเศส Jean Jacques d'Hortu de Mairan แสดงให้เห็นว่าผักกระเฉดยังคงบานในตอนเช้าและปิดในตอนเย็นแม้จะอยู่ใน ความมืดตลอดเวลา การวิจัยเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าไม่เพียงแต่พืชเท่านั้นที่รับรู้ช่วงเวลาของวัน แต่ยังรวมถึงสัตว์ต่างๆ รวมถึงมนุษย์ด้วย การเปลี่ยนแปลงของตัวบ่งชี้ทางสรีรวิทยาและพฤติกรรมในระหว่างวันเป็นระยะ ๆ เรียกว่าจังหวะ circadian จากภาษาละติน ประมาณ- วงกลมและ ตาย- วัน.

ในช่วงทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา Seymour Benzer และนักเรียนของเขา Ronald Konopka ค้นพบยีนที่ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจในแมลงหวี่และกำหนดช่วงเวลาของมัน ในปี 1984 Jeffrey Hall และ Michael Rosbash ทำงานที่ Brandelis University ในบอสตัน และ Michael Young ที่ Rockefeller University of New York ได้แยกยีนนี้ออก ระยะเวลาจากนั้นฮอลและรอสแบชก็พบว่าโปรตีนที่เข้ารหัสอยู่ในนั้นคืออะไร PER ทำหน้าที่อะไร และมันจะสะสมอยู่ในเซลล์ในเวลากลางคืนและใช้เวลาทั้งวัน ดังนั้นคุณจึงสามารถตัดสินช่วงเวลาของวันด้วยความเข้มข้นของมันได้

ตามที่ฮอลล์และรอสแบชแนะนำ ระบบนี้จะควบคุมตัวเอง โดยที่โปรตีน PER จะขัดขวางการทำงานของยีนในช่วงเวลา ดังนั้นการสังเคราะห์โปรตีนจะหยุดทันทีที่มีมากเกินไป และจะกลับมาทำงานต่อเมื่อมีการบริโภคโปรตีนไป สิ่งที่เหลืออยู่คือการตอบคำถามว่าโปรตีนเข้าสู่นิวเคลียสของเซลล์ได้อย่างไร - ท้ายที่สุดมีเพียงโปรตีนเท่านั้นที่สามารถมีอิทธิพลต่อการทำงานของยีนได้

ในปี 1994 Young ค้นพบยีนตัวที่สองที่สำคัญต่อจังหวะการเต้นของหัวใจ ซึ่งเป็นอมตะ ซึ่งเข้ารหัสโปรตีน TIM ซึ่งช่วยให้โปรตีน PER ข้ามเยื่อหุ้มนิวเคลียสและปิดกั้นยีนที่มีคาบ ยีนอีกตัวหนึ่ง สองครั้งกลายเป็นผู้รับผิดชอบต่อโปรตีน DBT ซึ่งทำให้การสะสมของโปรตีน PER ช้าลง - เพื่อให้วงจรการสังเคราะห์และหยุดชั่วคราวระหว่างโปรตีนเหล่านี้คงอยู่เป็นเวลา 24 ชั่วโมง ในปีต่อ ๆ มา มีการค้นพบยีนและโปรตีนอื่น ๆ อีกมากมาย - ส่วนหนึ่งของกลไกที่ละเอียดอ่อนของ "นาฬิกาชีวภาพ" รวมถึงยีนและโปรตีนที่ช่วยให้คุณ "ไขลานมือ" ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีกิจกรรมขึ้นอยู่กับการส่องสว่าง

จังหวะการเต้นของหัวใจควบคุมชีวิตด้านต่างๆ ของร่างกายเรา รวมถึงในระดับพันธุกรรมด้วย ยีนบางตัวจะออกฤทธิ์มากกว่าในเวลากลางคืน บางตัวในระหว่างวัน ต้องขอบคุณการค้นพบของผู้ได้รับรางวัลประจำปี 2017 ชีววิทยาของจังหวะการเต้นของหัวใจได้เติบโตขึ้นจนกลายเป็นสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ที่กว้างขวาง ทุกปี มีการเขียนบทความทางวิทยาศาสตร์หลายสิบฉบับเกี่ยวกับการทำงานของ “นาฬิกาชีวภาพ” ในสายพันธุ์ต่างๆ รวมถึงมนุษย์ด้วย

รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากสหรัฐอเมริกากลายเป็นเจ้าของ Michael Young, Jeffrey Hall และ Michael Rosbash ได้รับรางวัลจากการค้นพบกลไกระดับโมเลกุลที่ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจ

ตามเจตจำนงของอัลเฟรด โนเบล รางวัลนี้จะมอบให้กับ "ใครก็ตามที่ทำการค้นพบที่สำคัญ" ในสาขานี้ บรรณาธิการของ TASS-DOSSIER ได้เตรียมเนื้อหาเกี่ยวกับขั้นตอนการมอบรางวัลนี้และผู้ได้รับรางวัล

การมอบรางวัลและเสนอชื่อผู้สมัคร

สภาโนเบลของสถาบัน Karolinska ซึ่งตั้งอยู่ในสตอกโฮล์ม มีหน้าที่รับผิดชอบในการมอบรางวัล สภาประกอบด้วยอาจารย์ของสถาบันจำนวน 50 คน หน่วยงานที่ทำงานคือคณะกรรมการโนเบล ประกอบด้วยบุคคลห้าคนที่ได้รับเลือกโดยสมัชชาจากสมาชิกเป็นเวลาสามปี สภาจะประชุมกันปีละหลายครั้งเพื่อหารือเกี่ยวกับผู้สมัครที่ได้รับเลือกโดยคณะกรรมการ และในวันจันทร์แรกของเดือนตุลาคม สภาจะเลือกผู้ได้รับรางวัลด้วยคะแนนเสียงข้างมาก

นักวิทยาศาสตร์จากประเทศต่างๆ มีสิทธิ์เสนอชื่อเข้าชิงรางวัล รวมถึงสมาชิกของสมัชชาโนเบลของสถาบัน Karolinska และผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยา การแพทย์ และสาขาเคมี ซึ่งได้รับการเชิญพิเศษจากคณะกรรมการโนเบล สามารถเสนอชื่อผู้สมัครได้ตั้งแต่เดือนกันยายนถึง 31 มกราคมของปีถัดไป มีผู้เข้าชิงรางวัล 361 คนในปี 2560

ผู้ได้รับรางวัล

ได้รับรางวัลมาตั้งแต่ปี 1901 ผู้ได้รับรางวัลคนแรกคือแพทย์ชาวเยอรมัน นักจุลชีววิทยา และนักภูมิคุ้มกันวิทยา เอมิล อดอล์ฟ ฟอน เบห์ริง ผู้พัฒนาวิธีการสร้างภูมิคุ้มกันโรคคอตีบ ในปี 1902 รางวัลนี้มอบให้กับ Ronald Ross (บริเตนใหญ่) ผู้ศึกษาโรคมาลาเรีย ในปี 1905 - Robert Koch (ประเทศเยอรมนี) ผู้ศึกษาสาเหตุของวัณโรค ในปี 1923 - Frederick Banting (แคนาดา) และ John MacLeod (บริเตนใหญ่) ผู้ค้นพบอินซูลิน; ในปีพ. ศ. 2467 - ผู้ก่อตั้งคลื่นไฟฟ้าหัวใจ Willem Einthoven (ฮอลแลนด์); ในปี พ.ศ. 2546 Paul Lauterbur (สหรัฐอเมริกา) และ Peter Mansfield (สหราชอาณาจักร) ได้พัฒนาวิธีการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก

ตามที่คณะกรรมการโนเบลของสถาบัน Karolinska Institutet รางวัลที่มีชื่อเสียงที่สุดยังคงเป็นรางวัลในปี 1945 ที่มอบให้กับ Alexander Fleming, Ernest Chain และ Howard Florey (บริเตนใหญ่) ผู้ค้นพบเพนิซิลิน การค้นพบบางอย่างได้สูญเสียความสำคัญไปตามกาลเวลา หนึ่งในนั้นคือวิธี lobotomy ซึ่งใช้ในการรักษาอาการป่วยทางจิต เรือโปรตุเกส António Egas-Moniz ได้รับรางวัลจากการพัฒนาในปี 1949

ในปี 2559 รางวัลนี้ตกเป็นของนักชีววิทยาชาวญี่ปุ่น Yoshinori Ohsumi “สำหรับการค้นพบกลไกของการกินอัตโนมัติ” (กระบวนการของเซลล์ที่ประมวลผลเนื้อหาที่ไม่จำเป็นในนั้น)

ตามเว็บไซต์ของโนเบล วันนี้มีผู้อยู่ในรายชื่อผู้ชนะรางวัล 211 คน รวมถึงผู้หญิง 12 คน ในบรรดาผู้ได้รับรางวัลมีเพื่อนร่วมชาติของเราสองคน: นักสรีรวิทยา Ivan Pavlov (1904; สำหรับการทำงานในสาขาสรีรวิทยาการย่อยอาหาร) และนักชีววิทยาและพยาธิวิทยา Ilya Mechnikov (1908; สำหรับการวิจัยเกี่ยวกับภูมิคุ้มกัน)

สถิติ

ในปี พ.ศ. 2444-2559 รางวัลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ได้รับรางวัล 107 ครั้ง (ในปี พ.ศ. 2458-2461, 2464, 2468, 2483-2485 สมัชชาโนเบลของสถาบัน Karolinska ไม่สามารถเลือกผู้ได้รับรางวัลได้) รางวัล 32 ครั้งแบ่งเป็นผู้ได้รับรางวัลสองคน และ 36 ครั้งระหว่างสามคน อายุเฉลี่ยของผู้ได้รับรางวัลคือ 58 ปี น้องคนสุดท้องคือชาวแคนาดา Frederick Banting ซึ่งได้รับรางวัลในปี 1923 เมื่ออายุ 32 ปี คนโตคือ American Francis Peyton Rose วัย 87 ปี (1966)

สัปดาห์โนเบลประจำปีเริ่มขึ้นที่สตอกโฮล์มในวันจันทร์ด้วยการประกาศผู้ชนะรางวัลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ ระบุว่าในหมวดหมู่นี้รางวัลประจำปี 2560 มอบให้กับนักวิจัย Michael Rosbash และ Michael Young สำหรับ

การค้นพบกลไกระดับโมเลกุลที่ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจ - ความผันผวนของวัฏจักรในความรุนแรงของกระบวนการทางชีววิทยาต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืน

สิ่งมีชีวิตบนโลกได้รับการปรับให้เข้ากับการหมุนของโลก เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าสิ่งมีชีวิตทุกชนิดตั้งแต่พืชจนถึงมนุษย์ มีนาฬิกาชีวภาพที่ช่วยให้ร่างกายสามารถปรับตัวเข้ากับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นระหว่างวันในสิ่งแวดล้อมได้ การสังเกตครั้งแรกในพื้นที่นี้เกิดขึ้นในช่วงต้นยุคของเรา และการวิจัยอย่างละเอียดเพิ่มเติมเริ่มขึ้นในศตวรรษที่ 18

เมื่อถึงศตวรรษที่ 20 จังหวะการเต้นของหัวใจของพืชและสัตว์ได้รับการศึกษาค่อนข้างครบถ้วน แต่วิธีการทำงานของ "นาฬิกาภายใน" ยังคงเป็นความลับ ความลับนี้ถูกค้นพบโดยนักพันธุศาสตร์และนักโครโนชีววิทยาชาวอเมริกัน Hall, Rosbash และ Young

แมลงวันผลไม้กลายเป็นสิ่งมีชีวิตต้นแบบในการวิจัย ทีมนักวิจัยสามารถค้นพบยีนในยีนที่ควบคุมจังหวะทางชีววิทยาได้

นักวิทยาศาสตร์พบว่ายีนนี้เข้ารหัสโปรตีนที่สะสมในเซลล์ในตอนกลางคืนและถูกทำลายในตอนกลางวัน

ต่อจากนั้น พวกเขาระบุองค์ประกอบอื่นๆ ที่รับผิดชอบในการควบคุมตนเองของ “นาฬิกาเซลลูลาร์” และพิสูจน์ว่านาฬิกาชีวภาพทำงานในลักษณะเดียวกันในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์อื่นๆ รวมถึงมนุษย์ด้วย

นาฬิกาภายในของเราปรับสรีรวิทยาของเราให้เข้ากับช่วงเวลาที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงของวัน พฤติกรรม การนอนหลับ ระบบเผาผลาญ อุณหภูมิร่างกาย และระดับฮอร์โมนของเราขึ้นอยู่กับสิ่งเหล่านี้ ความเป็นอยู่ที่ดีของเราแย่ลงเมื่อมีความแตกต่างระหว่างการทำงานของนาฬิกาภายในและสภาพแวดล้อม ดังนั้นร่างกายจะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเขตเวลาอย่างกะทันหัน เช่น นอนไม่หลับ เหนื่อยล้า และปวดหัว อาการเจ็ทแล็กถูกรวมอยู่ในการจำแนกโรคระหว่างประเทศมานานหลายทศวรรษ ความแตกต่างระหว่างรูปแบบการดำเนินชีวิตและจังหวะที่ร่างกายกำหนดนำไปสู่ความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นในการเกิดโรคต่างๆ

การทดลองที่มีการบันทึกเอกสารครั้งแรกกับนาฬิกาภายในเกิดขึ้นในศตวรรษที่ 18 โดยนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ฌอง-ฌาคส์ เดอ เมอรอง เขาค้นพบว่าใบมิโมซ่าร่วงหล่นในตอนกลางคืนและกระจายอีกครั้งในตอนเช้า เมื่อเดอ เมรัน ตัดสินใจทดสอบว่าพืชจะมีพฤติกรรมอย่างไรหากไม่ได้รับแสง ปรากฎว่าใบของผักกระเฉดร่วงหล่นและลุกขึ้นโดยไม่คำนึงถึงแสง - ปรากฏการณ์เหล่านี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาของวัน

ต่อมานักวิทยาศาสตร์พบว่าสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ก็มีปรากฏการณ์ที่คล้ายกันซึ่งปรับร่างกายให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของสภาวะในระหว่างวัน

พวกเขาถูกเรียกว่าจังหวะ circadian จากคำว่า circa - "around" และตาย - "day" ในปี 1970 Seymour Benzer นักฟิสิกส์และนักชีววิทยาระดับโมเลกุลสงสัยว่ายีนที่ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจสามารถระบุได้หรือไม่ เขาสามารถทำเช่นนี้ได้ ยีนนี้ถูกตั้งชื่อว่า ช่วงเวลา แต่ยังไม่ทราบกลไกการควบคุม

ในปี 1984 Hall, Roybash และ Young สามารถจำเขาได้

พวกเขาแยกยีนที่จำเป็นออกและพบว่ายีนมีหน้าที่ในกระบวนการสะสมและทำลายโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับยีน (PER) ในเซลล์ ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน

ภารกิจต่อไปสำหรับนักวิจัยคือการทำความเข้าใจว่าความผันผวนของวงจรชีวิตเกิดขึ้นและรักษาได้อย่างไร Hall และ Rosbash แนะนำว่าการสะสมของโปรตีนขัดขวางการทำงานของยีน จึงควบคุมปริมาณโปรตีนในเซลล์

อย่างไรก็ตาม เพื่อขัดขวางการทำงานของยีน โปรตีนที่ผลิตในไซโตพลาสซึมจะต้องไปถึงนิวเคลียสของเซลล์ซึ่งเป็นตำแหน่งของสารพันธุกรรม ปรากฎว่า PER รวมเข้ากับนิวเคลียสในตอนกลางคืนจริงๆ แล้วมันจะไปอยู่ที่นั่นได้อย่างไร?

ในปี 1994 ยังค้นพบยีนอีกตัวหนึ่งซึ่งอยู่เหนือกาลเวลา ซึ่งเข้ารหัสโปรตีน TIM ซึ่งจำเป็นสำหรับจังหวะการเต้นของหัวใจตามปกติ

เขาพบว่าเมื่อ TIM จับกับ PER พวกมันสามารถเข้าสู่นิวเคลียสของเซลล์ได้ โดยพวกมันจะปิดกั้นยีนที่มีคาบผ่านการยับยั้งการตอบสนอง

แต่คำถามบางข้อยังคงไม่ได้รับคำตอบ ตัวอย่างเช่น อะไรควบคุมความถี่ของการสั่นของนาฬิกาชีวภาพ? ในเวลาต่อมา Young ได้ค้นพบยีนอีกตัวหนึ่งซึ่งเป็นสองเท่าซึ่งมีหน้าที่ในการสร้างโปรตีน DBT ซึ่งทำให้การสะสมของโปรตีน PER ล่าช้า การค้นพบทั้งหมดนี้ช่วยให้เข้าใจว่าการแกว่งนั้นถูกปรับให้เข้ากับวงจรรายวันแบบ 24 ชั่วโมงอย่างไร

ต่อจากนั้น Hall, Roybash และ Young ก็ได้ค้นพบอีกหลายอย่างที่เสริมและปรับปรุงสิ่งก่อนหน้านี้

ตัวอย่างเช่น พวกเขาระบุโปรตีนจำนวนหนึ่งที่จำเป็นสำหรับการกระตุ้นยีนที่มีคาบ และยังเผยให้เห็นกลไกที่นาฬิกาภายในประสานกับแสง

ผู้เข้าชิงรางวัลโนเบลสาขานี้มากที่สุดคือนักไวรัสวิทยา หยวน ชาง และสามีของเธอซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านเนื้องอกวิทยา ซึ่งค้นพบไวรัสเริมชนิด 8 ที่เกี่ยวข้องกับ Kaposi's sarcoma; ศาสตราจารย์ Lewis Cantley ผู้ค้นพบเส้นทางการส่งสัญญาณของเอนไซม์ phosphoinositide 3-kinase และศึกษาบทบาทของพวกเขาในการเจริญเติบโตของเนื้องอก และศาสตราจารย์ผู้มีส่วนสำคัญในการวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จากวิธีการถ่ายภาพสมอง

ในปี 2559 Yoshinori Ohsumi ชาวญี่ปุ่นได้รับรางวัลจากการค้นพบกลไกของการกินอัตโนมัติ ซึ่งเป็นกระบวนการย่อยสลายและการรีไซเคิลของเสียในเซลล์

เมื่อวันที่ 2 ตุลาคม พ.ศ. 2560 คณะกรรมการโนเบลได้ประกาศรายชื่อผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ประจำปี พ.ศ. 2560 เงิน 9 ล้านโครนสวีเดนจะถูกแบ่งเท่าๆ กันโดยนักชีววิทยาชาวอเมริกัน Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash และ Michael W. Young สำหรับการค้นพบกลไกระดับโมเลกุลของนาฬิกาชีวภาพ ซึ่งก็คือจังหวะการเต้นของหัวใจที่วนซ้ำอย่างไม่มีที่สิ้นสุดของชีวิตของสิ่งมีชีวิต รวมถึง มนุษย์

เป็นเวลาหลายล้านปีที่ชีวิตได้ปรับตัวตามการหมุนของโลก เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าเรามีนาฬิกาชีวภาพภายในที่คาดการณ์และปรับให้เข้ากับช่วงเวลาของวัน ตอนเย็นฉันอยากนอน และตอนเช้าฉันอยากตื่น ฮอร์โมนจะถูกปล่อยเข้าสู่กระแสเลือดอย่างเคร่งครัดตามกำหนดเวลา และความสามารถ/พฤติกรรมของบุคคล เช่น การประสานงาน ความเร็วของปฏิกิริยา ก็ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวันด้วย แต่นาฬิกาภายในนี้ทำงานอย่างไร?

การค้นพบนาฬิกาชีวภาพมีสาเหตุมาจากนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ฌอง-ฌาคส์ เดอ เมรัน ซึ่งในศตวรรษที่ 18 สังเกตเห็นว่าผักกระเฉดเปิดเข้าหาดวงอาทิตย์ในตอนกลางวันและปิดในเวลากลางคืน เขาสงสัยว่าต้นไม้จะมีพฤติกรรมอย่างไรหากวางไว้ในที่มืดสนิท ปรากฎว่าแม้ในความมืดผักกระเฉดก็ทำตามแผน - ราวกับว่ามันมีนาฬิกาภายใน

ต่อมาพบจังหวะชีวภาพดังกล่าวในพืช สัตว์ และมนุษย์ชนิดอื่น สิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดบนโลกตอบสนองต่อดวงอาทิตย์: จังหวะ circadian ถูกสร้างขึ้นอย่างแน่นหนาในชีวิตทางโลกเข้าสู่การเผาผลาญของทุกชีวิตบนโลก แต่กลไกนี้ทำงานอย่างไรยังคงเป็นปริศนา

ผู้ได้รับรางวัลโนเบลได้แยกยีนที่ควบคุมจังหวะทางชีวภาพในแต่ละวันของแมลงวันผลไม้ (มนุษย์และแมลงวันมียีนหลายยีนที่เหมือนกันเนื่องจากมีบรรพบุรุษร่วมกัน) พวกเขาค้นพบครั้งแรกในปี 1984 ยีนที่ค้นพบมีชื่อว่า ระยะเวลา.

ยีน ระยะเวลาเข้ารหัสโปรตีน PER ซึ่งสะสมในเซลล์ในเวลากลางคืนและถูกทำลายในระหว่างวัน ความเข้มข้นของโปรตีนต่อจะแปรผันตามกำหนดเวลา 24 ชั่วโมงตามจังหวะการเต้นของหัวใจ

จากนั้นจึงระบุส่วนประกอบเพิ่มเติมของโปรตีนและค้นพบกลไกภายในเซลล์ที่ดำรงอยู่ได้เองของจังหวะการเต้นของหัวใจ โดยในการตอบสนองที่ไม่เหมือนใครนี้ โปรตีน PER จะสกัดกั้นการทำงานของยีน ระยะเวลานั่นคือ PER บล็อกการสังเคราะห์ของตัวเอง แต่ค่อยๆ พังทลายลงตลอดทั้งวัน (ดูแผนภาพด้านบน) นี่เป็นกลไกการวนซ้ำอย่างไม่มีที่สิ้นสุดแบบพอเพียง มันทำงานบนหลักการเดียวกันในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์อื่นๆ

หลังจากการค้นพบยีน โปรตีนที่เกี่ยวข้อง และกลไกโดยรวมของนาฬิกาภายใน ปริศนาอีกสองสามชิ้นก็หายไป นักวิทยาศาสตร์รู้ดีว่าโปรตีน PER จะสะสมอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ในเวลากลางคืน พวกเขายังรู้ด้วยว่า mRNA ที่เกี่ยวข้องนั้นถูกสร้างขึ้นในไซโตพลาสซึม ยังไม่ชัดเจนว่าโปรตีนได้รับจากไซโตพลาสซึมเข้าสู่นิวเคลียสของเซลล์ได้อย่างไร ในปี 1994 Michael Young ค้นพบยีนอีกตัวหนึ่ง เหนือกาลเวลาซึ่งเข้ารหัสโปรตีน TIM ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานปกติของนาฬิกาภายในด้วย เขาพิสูจน์ว่าถ้า TIM ยึดติดกับ PER โปรตีนคู่หนึ่งก็สามารถเจาะเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์ได้ ซึ่งจะขัดขวางการทำงานของยีน ระยะเวลาจึงปิดวงจรการผลิตโปรตีน PER ที่ไม่มีที่สิ้นสุด

ปรากฎว่ากลไกนี้จะปรับนาฬิกาภายในของเราให้เข้ากับเวลาของวันด้วยความแม่นยำอันยอดเยี่ยม ควบคุมการทำงานที่สำคัญต่างๆ ของร่างกาย รวมถึงพฤติกรรมของมนุษย์ ระดับฮอร์โมน การนอนหลับ อุณหภูมิของร่างกาย และการเผาผลาญ บุคคลจะรู้สึกไม่สบายหากมีความแตกต่างชั่วคราวระหว่างสภาวะภายนอกกับนาฬิกาชีวภาพภายใน เช่น เมื่อเดินทางระยะไกลในเขตเวลาที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ยังมีหลักฐานว่ารูปแบบการใช้ชีวิตและนาฬิกาชีวิตไม่ตรงกันแบบเรื้อรังมีความสัมพันธ์กับความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นของโรคต่างๆ รวมถึงโรคเบาหวาน โรคอ้วน มะเร็ง และโรคหลอดเลือดหัวใจ

ต่อมา Michael Young ได้ระบุยีนอื่น สองครั้งเข้ารหัสโปรตีน DBT ซึ่งจะชะลอการสะสมของโปรตีน PER ในเซลล์ และช่วยให้ร่างกายปรับตัวเข้ากับวันที่มี 24 ชั่วโมงได้แม่นยำยิ่งขึ้น

ในปีต่อๆ มา ผู้ได้รับรางวัลโนเบลคนปัจจุบันได้ให้รายละเอียดมากขึ้นเกี่ยวกับการมีส่วนร่วมของส่วนประกอบโมเลกุลอื่นๆ ในจังหวะการเต้นของหัวใจ พวกเขาได้พบโปรตีนเพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นการทำงานของยีน ระยะเวลาและยังค้นพบกลไกว่าแสงช่วยประสานนาฬิกาชีวภาพกับสภาพแวดล้อมภายนอกได้อย่างไร

จากซ้ายไปขวา: ไมเคิล รอซแบช, ไมเคิล ยัง, เจฟฟรีย์ ฮอลล์

การวิจัยเกี่ยวกับกลไกนาฬิกาภายในยังห่างไกลจากความสมบูรณ์ เรารู้เพียงส่วนหลักของกลไกเท่านั้น ชีววิทยาของ Circadian - การศึกษานาฬิกาภายในและจังหวะของ circadian - ได้กลายเป็นงานวิจัยที่มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วแยกต่างหาก และทั้งหมดนี้เกิดขึ้นได้ด้วยผู้ชนะรางวัลโนเบลสามคนในปัจจุบัน

ผู้เชี่ยวชาญพูดคุยกันมานานหลายปีว่ากลไกระดับโมเลกุลของจังหวะการเต้นของหัวใจจะได้รับรางวัลโนเบล และขณะนี้เหตุการณ์นี้ก็เกิดขึ้นแล้ว