30 Нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину

Например, клетки кожи, взятые у пациентов с различными заболеваниями, можно перепрограммировать и исследовать в лаборатории, чтобы определить, чем они отличаются от клеток здоровых людей. Такие клетки представляют собой очень ценные инструменты для понимания механизмов болезней и дают новые возможности для развития методов лечения.

Кстати

В разное время Джон Гёрдон работал во многих авторитетных вузах: например, в Оксфордском и Кембриджском университетах, в Калифорнийском технологическом институте. Кроме того, он занимал ключевые позиции еще в одной организации, названной в честь известного специалиста, чьи работы были связаны с получением плюрипотентных клеток — в институте Джона Гёрдона. Именно такое имя с 2004 года носит институт онкологических исследований и биологии развития в Кембридже.

Сверим наши биологические часы

Майкл Росбаш

Джеффри Холл

Майкл Янг

В 2017 году Нобелевская премия в области физиологии и медицины была присуждена за открытие «body clock» — генетических часов, отвечающих за циркадные (то есть суточные, от латинских слов circa, «вокруг» и dies — «день») ритмы нашего тела. Премию с формулировкой «за открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадные ритмы» получили американцы Майкл Росбаш из Медицинского института Говарда Хьюза, Джеффри Холл из Университета Мэна и Майкл Янг из Университета Рокфеллера.

Вся жизнь на Земле приспособлена к вращению нашей планеты. Издавна известно, что живые организмы — растения и животные, включая людей, — имеют внутренние биологические часы, помогающие предвидеть восход и закат солнца и адаптироваться к ритму дня. Часы регулируют все основные функции организма, такие как поведение, уровень гормонов, сон, температура тела и метаболизм. Вот почему десинхронизация между нашей внешней средой и внутренними биологическими часами — например, когда мы на самолете пересекаем несколько часовых поясов, — приносит нам дискомфорт. Но как эти часы работают? Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг смогли узнать об их механизме на генном уровне. Их открытия объясняют, каким образом организмы растений, животных и людей настраивают свой циркадный ритм, то есть адаптируют свой биологический ритм так, чтобы он синхронизировался с вращением земли.

Еще в XVIII веке астроном Жан-Жак де Меран записал свои наблюдения за мимозой, которая поднимает листья навстречу солнцу в дневное время и опускает в сумерках. Ученого заинтересовало, что произойдет, если растение будет помещено в постоянную темноту. Оказалось, что независимо от солнечного света листья продолжают следовать своему суточному циклу. Это однозначно свидетельствовало о том, что у растений есть биологические часы.

Будущие нобелевские лауреаты стали использовать в качестве модельного организма не растения, а животных — плодовую мушку дрозофилу. Именно она помогла выделить ген, контролирующий нормальный ежедневный биологический ритм. Опыты показали, что этот ген кодирует белок, который накапливается в клетке в течение ночи, а затем расходуется днем. Впоследствии они определили дополнительные белковые компоненты этого самоподдерживающегося механизма. Теперь признано, что биологические часы функционируют по тем же принципам в клетках других многоклеточных организмов, включая человека.

До этого считалось, что за регуляцию циркадных ритмов отвечает гипоталамус, контролирующий деятельность эндокринной системы. Опыты над многострадальной дрозофилой еще несколько десятилетий назад, в 1970-е годы, косвенно доказывали, что собственный механизм, отсчитывающий 24-часовой ритм, есть не только у целостного организма, но и у каждой его клетки. Десятилетие спустя будущие нобелевские лауреаты выделили участок хромосомы, в котором располагался интересующий их протеин, и показали, что белок, названный ими PER (от слова period), накапливается ночью и распадается в течение дня.

Прошло еще десятилетие, прежде чем в 1994 году ученые смогли подтвердить свое предположение. Действительно, накопленный PER, проникая из цитоплазмы в ядро, блокирует работу гена, который отвечает за его же синтез. Таким образом обеспечиваются обратная связь и контроль. Майкл Янг обнаружил, что проникнуть PER в цитоплазму помогает белок TIM (от timeless, то есть «вневременный»). А за частоту колебаний, соответствующую 24-часовому циклу, отвечает третий ген — DBT (от doubletime, что означает «двойное время»), который может задерживать накопление PER. Таким образом, работа троицы генов сложилась в единую стройную концепцию.

Здесь изображена последовательность событий во время 24-часового цикла. Когда ген PER активен, производится мРНК. Она транспортируется в цитоплазму клетки и служит в качестве шаблона для производства PER-белка. Белок накапливается в ядре клетки, и активность гена PER снижается. Это порождает механизм ингибиторной обратной связи, которая лежит в основе суточного ритма.