Nobel-díj – A cirkadián ritmus kutatásáért három amerikai tudós kapja az orvosi elismerést

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.

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.
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.

Vellai Tibor: nagyon sok tudományágat érint a cirkadián ritmus kutatása 

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.
Hétfőn jelentették be a stockholmi Karolinska Intézetben, hogy három amerikai tudós, Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash és Michael W. Young kapja az idei orvosi-élettani Nobel-díjat a cirkadián ritmust szabályozó molekuláris mechanizmus kutatásáért.