Внутренние часы: За что вручили Нобелевку по медицине

В средине 1980-х Холл и Розбаш из Брандейского университета в тандеме с Майклом Янгом из Университета Рокфеллера клонировали и изучили так называемый ген period, который отвечает за приспособление организма к условиям окружающего мира.

Работа оказалась сенсационной, поскольку ее результатов научный мир ждал несколько веков.

ПРОГНОЗИРУЕМАЯ МИМОЗА

Задумываться о существовании биологических часов человечество начало давно. Но перевести догадки в науку впервые попробовали в 1729 году. Тогда французский астроном Жан Жак Д'Орту де Мерен обратил внимание на мимозу, которая сворачивает листья с наступлением сумерек. Ученый задумался, не обусловлен ли механизм непосредственным влиянием света и солнечных лучей. Ради эксперимента поставил растение в темное помещение. И вот в указанное время полностью изолированная мимоза повторила ежедневный "ритуал".

Двумя веками позже немец Ирвинг Беннинг при помощи специального прибора измерил движение листьев бобов при естественных условиях, а затем поместил растение под источник прямого света. Оказалось, что поведение растения ничуть не изменилось. Более того, "потомки" растения, которые никогда не жили на природе, тоже вели себя так, будто росли в саду, а не в лаборатории под лампой.

С 1960-х большинство ученых сошлись на мнении, что внутренние часы - не только меткая метафора. Циркадные ритмы (соотношение "режима" живого существа с внешними условиями) обрастали знаниями.

БЕЛОК ДЛЯ "ЖАВОРОНКОВ"

Ученые из университета Калифорнии Сеймур Бендер и его студент Роналд Конопка перешли от растений к любимицам ученых мухам дрозофилам. Для работы выбрали трех мух с измененным поведением. У одной из подопытных насекомых поведение совсем не коррелировалась с жизненными циклами, у второй цикл был продлен на четыре часа, а у третьей - на столько же уменьшен.

Ученые предположили: у избранных насекомых наблюдается мутация конкретного гена. Клонировать ген period и исследовать его структуру удалось уже нынешним нобелевским лауреатам.

Ученые выделили белок, концентрация которого меняется в зависимости от времени суток и вообще объяснили процессы, которые обусловливают циркадные ритмы.

Опять же, как и в случае с растениями, смена освещения не влияла на жизненные циклы подопытных мушек и суточные колебания количества белка. А вот манипуляции с генами меняли жизненный цикл насекомых согласно предсказаниям ученых.

Впоследствии, уже после period ученые вывели еще два гена - circle и clock, а также открыли модель их работы - так называемую модель транскрипционно-трансляционной оксциляции.

Выявленная схема неподготовленным умом воспринимается непросто.

Ведущую роль в циркадных ритмах играют белки-активаторы BMal1 и Clock. Утром они накапливаются в организме и прикрепляются к определенному участку ДНК. Начинают работать гены per и cry и производятся одноименные белки. Ночью белки возвращаются в ядро и гасят активность BMal1 и Clock. Белки образуют комплекс, гены per и cry блокируются, а впоследствии распадаются. В результате этого, уже на следующее утро появляются молекулы BMal1 и Clock.

Таким образом, ключик к особенностям суточных ритмов людей был найден. Кроме того, привычку просыпаться еще до рассвета и любовь работать ночью ученые объяснили генными мутациями.

Сейчас у Джеффри Холла, Майкла Розбаша и Майкла Янга немало последователей. В частности, не так давно другая группа американских ученых представила исследование, согласно которому ограничение калорийности пищи обеспечивает более точную работу "часовых" механизмов в теле и замедляет старение. Ученые акцентируют: если в молодости циркадные ритмы безупречно регулируют затраты энергии клетки в разное время суток, в более зрелом возрасте механизм начинает нарушаться. Впрочем, правильное питание может снова его наладить.