۱۳۹۶ پنج شنبه ۲۳ آذر
شماره‌های پیشین:
شماره ۲۹۸۴ - ۱۳۹۶ پنج شنبه ۲۰ مهر
نگاهی به پژوهش‌ها و دستاوردهای برندگان نوبل پزشکی و فیزیولوژی 2017
برنامه‌ای برای تنظیم زندگی
امیر اشرف‌گنجوئی

زندگی روی کره زمین با چرخش این سیاره سازگار شده است. سال‌هاست که دریافتیم موجودات زنده، ازجمله انسان، دارای یک ساعت زیستی داخلی هستند که به آنها کمک می‌کند با ریتم منظم روز، سازگاری داشته باشند. اما این ساعت چگونه کار می‌کند؟ «جفری هال»، «مایکل روزبش» و «مایکل یانگ» توانستند به درون این ساعت زیستی نگاهی انداخته و عملکرد آن را شرح دهند. اکتشافات آنها توضیح می‌دهد که چگونه گیاهان، حیوانات و انسان آهنگ زیستی خود را تنظیم کنند تا با تغییرات دوره‌ای کره زمین هماهنگ شوند.  برندگان جایزه نوبل پزشکی امسال با استفاده از مگس میوه به‌عنوان ارگانیسم مدل، ژنی را که آهنگ زیستی طبیعی روزانه را کنترل می‌کند، شناسایی و جدا کردند. آنها نشان دادند که این ژن پروتئینی تولید می‌کند که در طول شب در سلول تجمع می‌یابد و سپس در طول روز تخریب می‌شود. آنها در ادامه، پروتئین‌های دیگری را در این سیستم شناسایی کردند که مکانیسم کنترل خودمختار ساعت داخل سلولی را توجیه می‌کنند. اکنون می‌دانیم که ساعت‌های زیستی در بدن انسان مشابه ساعت‌های زیستی در سلول‌های موجودات دیگر عمل می‌کنند.  ساعت داخلی بدن ما با دقت بسیار بالایی، عملکرد طبیعی ما را با فازهای مختلف روز هماهنگ می‌کند. این ساعت عملکردهای حیاتی بدن مانند رفتار، سطح هورمون‌ها، خواب، درجه حرارت و سوخت‌وساز بدن را در طول شبانه‌روز تنظیم می‌کند. زمانی که یک اختلال موقت بین محیط خارجی ما و این ساعت زیستی به وجود می‌آید، سلامتی ما تحت‌تأثیر قرار می‌گیرد، برای مثال زمانی که ما با هواپیما سفری طولانی را تجربه می‌کنیم، دچار حالت ناخوشایند پرواززدگی (Jet lag) می‌شویم. همچنین مطالعات نشان می‌دهد عدم هم‌بستگی مزمن بین شیوه زندگی ما و ریتمی که توسط ساعت داخلی بدن تنظيم مي‌شود، با افزایش خطر ابتلا به بیماری‌های مختلف همراه است.
ساعت داخلی بدن
اغلب موجودات زنده تغییرات روزانه در محیط خود را پیش‌بینی کرده و خود را با آن تطابق می‌دهند. در قرن هجدهم، ستاره‌شناس «ژان ژاک دمایران» که روی گیاهان مطالعه می‌کرد، دریافت که برگ‌های گیاه در طول روز به سمت خورشید باز شده و در هنگام غروب بسته می‌شوند. او از خود پرسید که چه خواهد شد اگر یک گیاه در تاریکی مطلق قرار گیرد. وی دریافت  حتی زمانی که گیاهان در معرض نور خورشید نیستند، برگ‌هایشان همچنان با نوسان عادی روزانه خود، باز و بسته می‌شوند. بنابراین به نظر رسید که گیاهان ساعت زیستی درونی خود را دارند.  در ادامه محققان دیگر دریافتند  نه‌تنها گیاهان، بلکه حیوانات و انسان‌ها نیز یک ساعت زیستی دارند که عملکرد طبیعی آنها را با نوسانات روز تنظیم می‌کند. این سازگاری منظم به‌عنوان ریتم روزانه (Circadian rhythm) شناخته می‌شود که از واژه‌های لاتین «circa» به معنای «اطراف» است و «dies» به معنای «روز» برگرفته شده است. اما چگونگی کارکرد ساعت زیستی بدن ما، یک رمز و راز بود.
شناسایی ژن ساعت
طی دهه 1970، «سیمور بنزر» و دانشجوی وی، «رونالد کونوپکا»، این پرسش را مطرح کردند که آیا می‌توان ژن‌هایی را که ریتم شبانه‌روزی در مگس میوه را کنترل می‌کنند، شناسایی کرد. آنها نشان دادند که جهش در یک ژن ناشناخته، ریتم روزانه مگس را مختل می‌کند. «بنزر» و همکارانش این ژن را «دوره» نام‌گذاری کردند. اما این ژن چگونه ریتم شبانه‌روزی را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد؟  برندگان جایزه نوبل امسال نیز با هدف کشف چگونگی کارکرد ساعت زیستی روی مگس میوه کار می‌کردند. در سال 1984 «جفری هال»، «مایکل روزبش» و «مایکل یانگ» موفق به جداسازی ژن «دوره» شدند. «جفری هال» و «مایکل روزبش» سپس کشف کردند که پروتئین PER، پروتئینی که از طریق ژن «دوره» تولید می‌شود، در طول شب در سلول انباشته شده و طی روز تخریب می‌شود. بنابراین، میزان پروتئین PER  طی چرخه 24ساعته روز، هم‌زمان با ریتم روزانه، نوسان دارد.
مکانیسم یک ساعت خودتنظیم‌شونده
هدف بعدی این بود که بدانیم چگونه این نوسان‌های روزانه تولید می‌شوند و در ادامه پایدار می‌مانند. فرضیه «جفری هال» و «مایکل روزبش» این بود که انباشته‌شدن پروتئین PER منجر به مهار ژن «دوره» می‌شود. آنها استدلال کردند که با یک ساختار بازخورد منفی، پروتئین PER می‌تواند از سنتز خود به وسیله ژن «دوره» جلوگیری کند و بنابراین غلظت خود را طی یک ریتم روزانه تنظیم کند.
این فرضیه بسیار جذاب بود اما درعین‌حال چندقطعه از این پازل هنوز پیدا نشده بود. برای متوقف‌کردن فعالیت ژن «دوره»، پروتئین PER که در سیتوپلاسم تولید می‌شود، باید به هسته سلولی برود، جایی که مواد ژنتیکی در آن قرار دارند. «جفری هال» و «مایکل روزبش» نشان دادند که پروتئین PER در طول شب به هسته سلول رفته و در آنجا انباشته می‌شود، اما چگونه به آنجا می‌رود؟ در سال 1994، «مایکل یانگ» ژن پروتئین TIM را که برای ریتم روزانه مورد نیاز بود، کشف کرد. وی نشان داد که وقتی پروتئین TIM به PER متصل می‌شود، دو پروتئین قادر به واردشدن به هسته سلول می‌شوند و در آنجا پروتئین PER می‌تواند ژن «دوره» را مهار کند. این مکانیسم بازخوردی، نحوه ایجاد نوسان‌های ریتم روزانه را در سطح پروتئین‌های سلول شرح داد، اما سؤالات متعددی هنوز بی‌پاسخ مانده بود. برای مثال، فرکانس این نوسان‌ها چگونه کنترل می‌شود؟ «مایکل یانگ» یکی دیگر از ژن‌های مؤثر در ریتم روزانه را شناسایی کرد؛ ژنی که پروتئین DBT را رمزگذاری می‌کند و انباشته‌شدن پروتئین PER را به تأخیر می‌اندازد. این کشف چگونگی تطابق نوسان‌های ریتم روزانه با یک چرخه 24ساعته را روشن‌تر کرد.
اکتشافات برندگان جایزه نوبل، اصول کلیدی مکانیسم ساعت زیستی را اثبات کرد. در سال‌های بعد، مولکول‌های دیگر مؤثر در مکانیسم ساعت شناسایی و عملکرد آنها شرح داده شد. برای مثال، برندگان نوبل امسال پروتئین‌هایی را شناسایی کردند که از طریق آنها نور می‌تواند ساعت زیستی بدن ما را تنظیم کند.  ساعت زیستی در بسیاری از جنبه‌های فیزیولوژی پیچیده بدن ما دخیل است. اکنون ما می‌دانیم که تمام موجودات چندسلولی، ازجمله انسان، از یک مکانیسم مشابه برای کنترل آهنگ‌های زیستی روزانه استفاده می‌کنند. بخش بزرگی از ژن‌های ما به وسیله ساعت زیستی تنظیم می‌شود و درنتیجه، ریتم روزانه با دقت بسیار بالایی عملکرد ما را با مراحل مختلف روز سازگار می‌کند. اکتشافات برندگان نوبل امسال باعث گسترش تحقیقات در زمینه ساعت‌های زیستی شده  که پیامدهای بسیاری در زمینه بهبود سلامتی ما در پی داشته است.


دیدگاه‌ها(۰)