Három amerikai tudós kapja az orvosi Nobel-díjat

Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash és Michael W. Young a cirkadián ritmus kutatásáért kapták az elismerést

MH/MTI – 2017.10.02. 11:47 –

A cirkadián ritmust, azaz a "napi biológiai órát" szabályozó molekuláris mechanizmus kutatásáért három amerikai tudós kapja az idei orvosi-élettani Nobel-díjat - jelentették be hétfőn a Karolinska Intézetben Stockholmban.

Kávé előtt érte a hír
"Itt ülök pizsamában, a feleségemmel, még egy kávét se tudtam inni" - mondta Michael Rosbash, az idei orvosi Nobel-díj egyik kitüntetettje, miután hétfőn Stockholmban bejelentették, hogy a cirkadián ritmussal kapcsolatos kutatásaiért két kollégájával ő kapja a legrangosabb tudományos elismerést. Az amerikai tudós hozzátette, sokkolta a hír. "A kollégáimmal még nem is beszéltem" - tette hozzá. Michael Young a Rockefeller Egyetemen tartott sajtótájékoztatóján arról beszélt, mekkora meglepetésként érte a hír. "Még a cipőmet se tudtam rendesen felvenni ma reggel. Mentem, hogy belebújjak, de észrevettem, hogy nincs rajtam zokni. Aztán azt is, hogy előbb talán nadrágot kéne venni".

Az illetékes bizottság indoklása szerint Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash és Michael W. Young felfedezései rávilágítanak arra, hogy a növények, az állatok és az emberek biológiai ritmusa miként alkalmazkodik a Föld forgásához. A földi élet ugyanis a bolygó forgásához igazodik. A kutatók előtt már régóta ismert, hogy az élő szervezeteknek - beleértve az embert - belső, biológiai órájuk van, amely segíti őket a napi ritmushoz való alkalmazkodásban és az arra való felkészülésben. Ennek a belső órának a mechanizmusa részben annak köszönhetően vált ismertté, hogy a három amerikai tudós megvilágította belső működését. 

Gyümölcslegyeket használva modellorganizmusként, az idei orvosi Nobel-díj kitüntetettjei izoláltak egy olyan gént, amely szabályozza a napi biológiai ritmust. Kimutatták, hogy ez a gén kódol egy fehérjét, amely éjszaka felgyülemlik a sejtben, nappal pedig lebomlik.  Később a gépezet működésében részt vevő további fehérjéket azonosítottak, megvilágítva a mechanizmust, amely a sejten belüli önfenntartó óra működését szabályozza. Ma már ismert, hogy a biológiai órák ugyanazon elvek mentén működnek más soksejtes organizmusokban is, beleértve az embert. 

nobelFotó: Reuters A belső óra rendkívüli precizitással igazítja a szervezet működését a nap eltérő szakaszaihoz - olvasható az indoklásban. Ez az óra szabályozza az olyan kritikus funkciókat, mint a viselkedés, a hormonszintek, az alvás, a testhőmérséklet és az anyagcsere. Az ember egészségét befolyásolja, ha átmenetileg felborul a külső környezet és a belső biológiai óra összhangja. Ez történik például akkor, ha valaki átutazik több időzónán és ez zavarokat vált ki szervezete működésében. Vannak arra utaló jelek, hogy az életvitel és a belső óra által diktált ritmus közötti összhang krónikus hiánya összefüggésben áll több betegség kialakulásával.

A legtöbb élő szervezet alkalmazkodik a környezet napi változásaihoz. A 18. században Jean Jacques d'Ortous de Mairan csillagász mimózákat tanulmányozva megfigyelte, hogy a növény levelei napközben a fény felé nyíltak, alkonyatkor lekonyultak. Megfigyelte azt is, hogy a virág állandó sötétségben is megtartotta ezt a napi ritmusát.

Az 1970-es években Seymour Benzer és tanítványa, Ronald Konopka rájöttek arra, hogy egy ismeretlen gén mutációja megzavarta a muslicák cirkadián ritmusát. A génnek a period (periódus) nevet adták. Szintén gyümölcslegyeket tanulmányozva a Bostonhoz közeli Brandeis Egyetemen Jeffrey Hall és Michael Rosbash, valamint Michael Young a New York-i Rockefeller Egyetemen sikeresen izolálta a periódus gént. Utóbbi két tudós felfedezte, hogy a gén által kódolt PER fehérje felgyülemlik az éjszaka és lebomlik a nap folyamán, vagyis 24 órás ciklusban ingadozik, a cirkadián ritmussal összhangban működik.

Következő céljuk annak megértése volt, hogy miként lehet generálni és fenntartani ilyen cirkadián ingadozásokat. Hall és Rosbash feltételezte, hogy a PER fehérje gátolja a periódus gén aktivitását. Rájöttek, hogy meg tudja akadályozni saját szintetizálódását és ezáltal ciklikus ritmusban szabályozni képes saját szintjét. 1994-ben Michael Young felfedezett egy másik "óragént", amely a TIM fehérjét kódolja. Ez a protein szükséges a normál cirkadián ritmushoz és ahhoz, hogy vele összekapcsolódva a PER fehérje a sejtmagba jutva blokkolja a periódus gént. Ezzel összeállt a kép arról, hogy miként változik a fehérjék szintje a sejtben, az azonban továbbra is kérdés maradt, hogy mi szabályozza az oszcilláció gyakoriságát. Michael Young később azonosított még egy, a doubletime gént, amely a PER fehérje felgyülemlését késleltető DBT fehérjét kódolja. Ez megvilágította, hogyan igazodik az oszcilláció egy nagyjából 24 órás ritmusba. 

Azóta a belső óra mechanizmusának egyéb molekuláris összetevőit fedezték fel, megmagyarázva a rendszer stabilitását és működését. 

A három kitüntetett összesen 9 millió svéd koronával (291,6 millió forintos összeggel) gazdagodik, a díjátadó ünnepséget hagyományosan december 10-én, az elismerést alapító Alfred Nobel halálának évfordulóján rendezik.

Az 1945-ben New Yorkban született Jeffrey C. Hall biológus a seattle-i székhelyű Washington Egyetemen szerezte diplomáját, majd 1971 és 1973 között a pasadenai Kaliforniai Műszaki Egyetemen tanult. 1984-től a massachusettsi Brandeis Egyetem kutatója, 2002-től a Maine Egyetem kutatója volt. Kutatásait a muslica idegrendszere tanulmányozásának szentelte, annak, hogy az miként szabályozza a rovar szaporodási magatartását. Később Michael Rosbash laboratóriumával együttműködve a cirkadián ritmus genetikai alapjait kutatták.   

A 73 éves Michael Rosbash genetikus, kronobiológus a Massachusettsi Műszaki Egyetemen (MIT) diplomázott, majd a skóciai Edinburgh-i Egyetemen végzett tanulmányokat. 1974-től a Brandeis Egyetem kutatója. Az egyetem Rosbash vezette laboratóriumának felfedezéseivel sikerült megvilágítani számos betegség, alvászavar, mentális betegség és a cirkadián ritmus közötti összefüggést. Ezek a felfedezések olyan gyógyszerek kifejlesztését eredményezhetik, amelyekkel kezelhetők az alvási, mentális és más betegségek és a szervezet időeltolódással összefüggő zavarai.  

Az 1949-ben született Michael W. Young biológus, genetikus a Texasi Egyetemen végzett 1975-ben, majd a Stanford Egyetem orvosi karán tanult. 1978-től a New York-i Rockefeller Egyetemen kutat. Laboratóriumának felfedezései egyebek között nagy horderejűek az alvászavarok és a hangulati zavarok kutatásában, kezelésében.

Közös molekuláris masinéria a növényekkel

A sejtbiológiától a genetikán át az egész organizmusok működését vizsgáló fiziológiáig nagyon sok különböző tudományos területet érintenek a cirkadián ritmus kutatásának eredményei - mondta az MTI-nek Vellai Tibor egyetemi tanár, az Eötvös Loránd Tudományegyetem (ELTE) Genetikai Tanszékének vezetője.

Az élőlények belső biológiai rendszere, anyagcseréje alkalmazkodik a Föld forgásából adódó 24 órás ciklushoz. Ennek az alapjai azok a gének és géntermékek, fehérjék, amelyek a cirkadián ritmus, a belső biológiai óra szabályzásáért felelősek - mondta a tudós, aki kiemelte: a cirkadián ritmus egy olyan evolúciósan konzervált biológiai folyamat eredménye, amely jelen van az emberek mellett a növényekben, rovarokban, gombákban és állatokban is.
Mint fogalmazott, elképesztően izgalmas belegondolni, hogy két annyira különböző dolgot, mint az emberi alvás és a növények leveleinek napfény felé fordulása, egy nagyon hasonló, azonos logikára épülő "molekuláris masinéria" szabályoz.
Hozzáfűzte: a cirkadián ritmus különlegessége, hogy szemben más anyagcsere-folyamatokkal, nem gyorsul vagy lassul a hőmérséklet függvényében. A belső biológiai óra ráadásul akkor is működik, ha az élőlény folyamatosan sötétben van. A belső biológiai óra napfény segítségével idővel képes adaptálódni a megváltozott külső környezethez is, ez történik például több időzónán átívelő utazás esetén.
Súlyos metabolikus betegségekhez is vezethet, ha a cirkadián ritmusért felelős molekuláris mechanizmusokban valami hibásan működik. Ilyenkor szélsőséges esetben a beteg szervezet egyáltalán nem érzékeli a nappalok és éjszakák váltakozásának jelentőségét - jegyezte meg Vella Tibor.
A kutató hangsúlyozta: bár több mint 100 éve, 1901-ban adták először át az orvosi Nobel-díjat és azóta rengeteg izgalmas, a tudósok szemléletét teljesen átalakító felfedezést ismertek el vele, a sejt működésének teljes megértésétől alapvetően még ma is nagyon távol áll a tudomány. Mindez igaz a cirkadián ritmus kutatására is, nagyon sok szabályozórendszernek kell még tisztázódnia a teljes kép megértéséhez.

Az izomsejtekben is biológiai óra működik

Svájci tudósok felfedezték, hogy az emberi izomsejtekben "biológiai óra" működik, mely az anyagcsere szabályozásában, valamint a 2-es típusú diabétesz kialakulásában játszhat szerepet.

A Genfi Egyetem (UNIGE) kutatócsoportja - együttműködve a Bathi, a Lyoni, a Surreyi Egyetemmel, a Lousanne-i Műszaki Egyetemmel (EPFL) és a Nestlé Egészségtudományi Intézetével - az amerikai tudományos akadémia lapjában (PNAS) tette közzé eredményeit.
Biológiai órák testszerte működnek, ezért termelődik az alvás idején a melatonin hormon, étkezési időben emésztőenzimek és ezért vagyunk éberek a nap legaktívabb szakaszában. Az agy "központi órája" irányítja a szervekben működő "segédórákat".
A kutatók azt találták, hogy az izomsejtek a nap más-más szakaszaiban eltérő összetételben tartalmazzák a különböző zsírokat.
A jelenség mögött az izomsejtek biológiai órájának működését feltételezték, a bizonyításhoz önkénteseket kértek fel. A résztvevők "központi óráját" úgy hangolták össze, hogy megkérték őket, a tesztek előtt egy héten át kövessenek mind azonos alvási-étkezési időbeosztást.
A vizsgálat alatt négyóránként minden alanytól kis mennyiségű combizommintát vettek és elemezték a sejtek zsírösszetételét. Egyértelmű volt az összefüggés a napszak és a zsírösszetétel között - magyarázta Howard Riezman, az UNIGE biokémikusa, aki Charna Dibnerrel, az egyetem belgyógyász kutatójával együtt koordinálta a vizsgálatokat. Mivel az alanyok zsírösszetétele lényegesen eltért egymástól, további kutatásra volt szükség, hogy megerősítsék az eredményeket.
Második lépésként laboratóriumi kísérleteket végeztek. Emberi izomsejteket tenyésztettek, központi óra hiányában mesterségesen, a szervezet egy jelzőmolekuláját használva hozták őket összhangba.
A zsírösszetétel szabályszerű időközönként változott, hasonlóan ahhoz, amit az első vizsgálat résztvevőinél megfigyeltek.
Amikor az "órát leállították", vagyis a működését kiváltó gént blokkolták, akkor nagyrészt megszűnt a zsírösszetétel szabályszerű változása.
A felfedezett mechanizmusról úgy vélik, a sejtek inzulinérzékenységét segít szabályozni. A zsírok, vagyis a lipidek a sejthártya alkotórészeiként befolyásolják, mennyire képes egy molekula behatolni a sejtbe vagy kijutni onnan.
Ha a zsírszerkezet megváltozik, az hatással van az izom hormonérzékenységére, valamint arra is, hogy mennyire képes vércukrot felvenni.
Ha alacsony az izom inzulinérzékenysége, az úgynevezett inzulinrezisztenciához vezet, ami a 2-es számú diabétesz előzménye.
"A tanulmány a napi, vagyis a cirkadiális ritmus, az inzulinrezisztencia és a 2-es típusú cukorbetegség összefüggésére utal. Ha a kapcsolatot sikerül bebizonyítani, azzal a cukorbaj új kezelési lehetőségei dolgozhatók ki" - mondta Charna Dibner.