Bartosz KABAŁA: Medyczny Nobel 2017.
Fascynujące mechanizmy cyklu dobowego

TSF Jazz Radio

Medyczny Nobel 2017.
Fascynujące mechanizmy cyklu dobowego

Bartosz KABAŁA

Popularyzator nauki łączący zainteresowania polityką, literaturą i nauką. Przyszły lekarz. Z pasją już dziś popularyzujący medycynę na Twitterze: @KabalaBartek

zobacz inne teksty autora

Laureatów Nagrody Nobla 2017 w dziedzinie fizjologii lub medycyny oraz nagrodzone odkrycie można wpisać do grupy ważnych przełomów związanych z cyklem znanym nam najdłużej — z cyklem dobowym, pisze Bartosz KABAŁA

.Życiem na Ziemi rządzą cykle. O tym, że geometria orbity Ziemi krążącej wokół Słońca wpływa na przyrodę — zmiany pór roku — wiemy już od setek lat. Jeszcze wcześniej zrozumieliśmy, że cykl dobowy wyznacza naszą aktywność. Zresztą fizjologię i biochemię człowieka opisuje się za pomocą wielu cykli.

Natura „lubi być” periodyczna. Substancje krążą po organizmie, wpływają na siebie wzajemnie, tworzą sprzężenia zwrotne i regulują funkcje naszych organów, tkanek i pojedynczych komórek, a przez to nas samych.

Laureatów Nagrody Nobla 2017 w dziedzinie fizjologii lub medycyny oraz nagrodzone odkrycie można wpisać do grupy ważnych przełomów związanych z cyklem znanym nam najdłużej — z cyklem dobowym. Trzech naukowców amerykańskiego pochodzenia — Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash i Michael W. Young — podzielą się nagrodą o wartości 9 milionów koron szwedzkich, którą przyznano im za „odkrycie molekularnych mechanizmów kontroli cyklu dobowego”.

Cykl dobowy znany wszystkim, choć nie zawsze zauważany, daje się we znaki szczególnie wtedy, gdy nasz organizm przeniesie się do innej strefy czasowej. Dzieje się tak zarówno wtedy, kiedy opuszczamy naszą strefę czasową (lot samolotem i następujący po nim „jet lag”), jak i wówczas, gdy to strefa czasowa „opuszcza” nas (np. przy zmianie czasu z letniego na zimowy, co ma znacznie słabsze skutki uboczne niż lot samolotem). Na rytm dobowy składają się nie tylko fazy snu i czuwania, ale także krótsze cykle, zwane ultradialnymi. Mają one związek z wieloma funkcjami organizmu żywego, jak na przykład regulacja ciśnienia krwi, częstości skurczów serca i przede wszystkim ze stężeniem hormonów we krwi. Rytm dobowy ma więc wpływ na nasze zachowanie, zdolności umysłowe, wydolność fizyczną, temperaturę ciała, metabolizm, a więc pośrednio także na pory żywienia. Wpływa na całą aktywność skomplikowanej maszynerii organizmu biologicznego — człowieka i muszki owocówki, które badali amerykańscy naukowcy.

Aby dobrze zrozumieć działanie i neurofizjologiczne mechanizmy sterowania rytmami okołodobowymi, warto tu przedstawić struktury anatomiczne, które według obowiązującej wiedzy odpowiadają za tę rytmikę. Głównym rozrusznikiem tych cykli jest jądro nadskrzyżowaniowe (SCN), czyli grupa komórek położonych w centralnej części mózgowia. Wysyła ona informacje o swoim położeniu do wielu innych jąder tego obszaru mózgu, a także do szyszynki, która produkuje melatoninę (odpowiedzialną za rytm snu i czuwania). Neurony SCN charakteryzują się rytmiczną aktywnością, która zależna jest od cyklicznej syntezy i rozpadu odpowiednich białek „zegarowych”. I to właśnie te białka były przedmiotem badań nagrodzonych naukowców.

Cykl rozpadu i syntezy białek „zegarowych” opiera się na białku PER, kodowanym przez gen period. W nocy następuje wzmożona synteza białka PER (odkrycie Halla i Rosbasha). W wysokim stężeniu łączy się z innym białkiem, TIM (odkrycie Younga), kodowanym przez gen timeless, i jako dimer (połączenie dwóch cząsteczek) hamuje w jądrze komórkowym transkrypcję białek CLK (gen clock) i CYC (gen cycle), które z kolei odpowiadają za aktywację genów period i timeless. Skutkuje to hamowaniem syntezy PER i TIM. Wówczas stężenie białka PER, które ciągle jest degradowane przez kolejne białko DBT (gen doubletime), spada, a cały cykl wraca do punktu wyjściowego. Ten skomplikowany mechanizm molekularny można sprowadzić do zwrotnego hamowania syntezy białka PER przez jego wysokie stężenie. Czas trwania tego cyklu to w przybliżeniu 24 godziny.

To właśnie za odkrycie białka PER i jego samoograniczania się oraz wspomagającego białka TIM naukowcy Young, Rosbash i Hall uhonorowani zostali Nagrodą Nobla.

Jądro nadskrzyżowaniowe, a więc główny rozrusznik cyklu dobowego, jest zależne nie tylko od wewnętrznych rytmów budowy i degradacji białek „zegarowych”, ale także otrzymuje połączenia z listka ciała kolankowatego bocznego, struktury bezpośrednio połączonej z siatkówką oka. SCN otrzymuje więc informacje o natężeniu światła w środowisku zewnętrznym. Cykl białek „zegarowych” nie jest, jak mogłoby się wydawać, cyklem wyłącznie endogennym (wewnętrznym). Podlega także zmianom środowiskowym, które w komórkach uaktywniają syntezę białek (c-Fos i c-Jun) modelujących produkcję PER i TIM. Jednakże po odcięciu dorosłego człowieka czy zwierzęcia od bodźców świetlnych cykl dobowy trwający około 25 godzin zostaje utrzymany. Świadczy to o pewnej niezależności naszego rytmu.

Zaszczyt, jaki spotkał Halla, Rosbasha i Younga, jest nie tylko nagrodą za ich wkład w fizjologię. Odkrycie i zrozumienie cyklu dobowego ma także implikacje w medycynie. Zaburzenia rytmu dobowego prowadzą do rozregulowania gospodarki węglowodanowej, nieprawidłowych stężeń hormonów w organizmie, problemów ze snem (ze wszystkimi tego konsekwencjami). Istnieją przesłanki, by wiązać poziom ekspresji genów period z nowotworzeniem i zaburzeniami cyklu komórkowego, a niektórzy naukowcy uważają nawet, że regulacja syntezy białka PER1 może być przydatna w leczeniu nowotworów w przyszłości.

Pomimo tego, że Nagroda Nobla przyznana została za prace opublikowane pod koniec wieku XX (1984 — Hall i Rosbash, 1994 — Young), są one bardzo XXI-wieczne. Przecież w dzisiejszym, ciągle przyspieszającym świecie za nic mamy nasz naturalny rytm biologiczny. Pędzimy przez życie otoczeni sztucznym światłem lamp, komputerów i telefonów, pracując za dnia i w nocy. Wspomagamy się sztucznie, by nie ominąć ani minuty z 24 godzin, zupełnie rozregulowując nasz dobowy rytm. A to odbija się na naszym zdrowiu fizycznym i psychicznym. Taka decyzja Instytutu Karolinska zdaje się być swego rodzaju przestrogą dla człowieka w nowoczesności.

.Tegoroczna Nagroda Nobla przyznana została za fundamentalne zrozumienie cyklu, który człowiek zna od kilkudziesięciu tysięcy lat. Jego wpływ na nasze życie jest badany do dzisiaj. Jak nigdy dotąd, jego zrozumienie jest bardzo ważne dla naszego zdrowia.

Bartosz Kabała

Pierwszy raz na Wszystko Co Najważniejsze?

Aby nie ominąć istotnych tekstów, raz w tygodniu w niedzielę rano wysyłamy newsletter. Zapraszamy do zapisania się:

Magazyn idei "Wszystko Co Najważniejsze" oczekuje na Państwa w EMPIKach w całym kraju, w Księgarni Polskiej w Paryżu na Saint-Germain, naprawdę dobrych księgarniach w Polsce i ośrodkach polonijnych, a także w miejscach najważniejszych debat, dyskusji, kongresów i miejscach wykuwania idei.

Aktualne oraz wcześniejsze wydania dostępne są także wysyłkowo.

zamawiam