शरीर की जैविक घड़ी कैसे काम करती है। 2017 में चिकित्सा का नोबेल पुरस्कार क्यों दिया गया?

जेफ्री हॉल, माइकल रोजबैश और माइकल यंग वेबसाइट

तीन अमेरिकी वैज्ञानिकों ने जीवों में आंतरिक घड़ी के तंत्र पर शोध के लिए सर्वोच्च वैज्ञानिक पुरस्कार साझा किया

पृथ्वी पर जीवन सूर्य के चारों ओर हमारे ग्रह के घूमने के लिए अनुकूलित है। कई वर्षों से हम मनुष्यों सहित जीवित जीवों के भीतर एक जैविक घड़ी के अस्तित्व के बारे में जानते हैं जो दैनिक लय का अनुमान लगाने और उसके अनुकूल होने में मदद करती है। लेकिन यह घड़ी वास्तव में कैसे काम करती है? अमेरिकी आनुवंशिकीविद् और कालक्रमविज्ञानी इस तंत्र के अंदर देखने और इसके छिपे हुए कामकाज पर प्रकाश डालने में सक्षम हैं। उनकी खोज बताती है कि कैसे पौधे, जानवर और इंसान पृथ्वी के घूमने के दैनिक चक्र के साथ तालमेल बिठाने के लिए अपनी जैविक लय को समायोजित करते हैं।

परीक्षण विषयों के रूप में फल मक्खियों का उपयोग करते हुए, 2017 के नोबेल पुरस्कार विजेताओं ने एक जीन को अलग किया है जो जीवित चीजों में सामान्य सर्कैडियन लय को नियंत्रित करता है। उन्होंने यह भी दिखाया कि कैसे यह जीन एक प्रोटीन को एन्कोड करता है जो रात में कोशिका में जमा हो जाता है और दिन के दौरान टूट जाता है, जिससे वह इस लय का पालन करने के लिए मजबूर हो जाता है। इसके बाद, उन्होंने अतिरिक्त प्रोटीन घटकों की पहचान की जो कोशिका के अंदर आत्मनिर्भर "घड़ियों" के तंत्र को नियंत्रित करते हैं। और अब हम जानते हैं कि जैविक घड़ी एक ही सिद्धांत के अनुसार व्यक्तिगत कोशिकाओं के अंदर और बहुकोशिकीय जीवों के अंदर काम करती है, उदाहरण के लिए, मनुष्य।

अपनी असाधारण सटीकता के कारण, हमारी आंतरिक घड़ी हमारे शरीर क्रिया विज्ञान को दिन के ऐसे विभिन्न चरणों - सुबह, दोपहर, शाम और रात में समायोजित करती है। यह घड़ी व्यवहार, हार्मोन के स्तर, नींद, शरीर के तापमान और चयापचय जैसे महत्वपूर्ण कार्यों को नियंत्रित करती है। बाहरी वातावरण और आंतरिक घड़ियों के सिंक से बाहर होने पर हमारी भलाई प्रभावित होती है। एक उदाहरण तथाकथित जेट अंतराल है जो उन यात्रियों के साथ होता है जो एक समय क्षेत्र से दूसरे समय क्षेत्र में जाते हैं, और फिर लंबे समय तक दिन और रात की पारी के अनुकूल नहीं हो सकते हैं। वे दिन के उजाले में सोते हैं और अंधेरे में नहीं सो सकते। आज, इस बात के भी बहुत सारे प्रमाण हैं कि जीवन शैली और प्राकृतिक बायोरिदम के बीच एक पुरानी बेमेल विभिन्न बीमारियों के जोखिम को बढ़ाती है।

हमारी आंतरिक घड़ी को मूर्ख नहीं बनाया जा सकता

जीन-जैक्स डी "ऑर्टोइस डी मायरन नोबेल समिति द्वारा प्रयोग"

अधिकांश जीवित जीव स्पष्ट रूप से पर्यावरण में दैनिक परिवर्तनों के अनुकूल होते हैं। 18 वीं शताब्दी में इस अनुकूलन के अस्तित्व को साबित करने वाले पहले लोगों में से एक फ्रांसीसी खगोलशास्त्री जीन-जैक्स डी "ऑर्टोइस डी मायरन थे। उन्होंने एक मिमोसा झाड़ी को देखा और पाया कि इसकी पत्तियां दिन के दौरान सूर्य के पीछे मुड़ जाती हैं और सूर्यास्त के साथ बंद हो जाती हैं। वैज्ञानिक ने सोचा कि क्या होगा यदि पौधा लगातार अंधेरे में रहता है? एक साधारण प्रयोग के बाद, शोधकर्ता ने पाया कि सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति के बावजूद, प्रायोगिक मिमोसा की पत्तियां अपनी सामान्य दैनिक गति को जारी रखती हैं। बाहर, पौधों की अपनी आंतरिक घड़ी होती है।

हाल के अध्ययनों से पता चला है कि न केवल पौधे, बल्कि जानवर और इंसान भी जैविक घड़ियों के काम के अधीन हैं, जो हमारे शरीर विज्ञान को दैनिक परिवर्तनों के अनुकूल बनाने में मदद करते हैं। इस अनुकूलन को सर्कैडियन रिदम कहा जाता है। यह शब्द लैटिन शब्द सर्का से आया है - "के बारे में" और मर जाता है - "दिन"। लेकिन यह जैविक घड़ी वास्तव में कैसे काम करती है यह लंबे समय से एक रहस्य है।

"घड़ी जीन" की खोज

1970 के दशक में, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी, जीवविज्ञानी, और मनोवैज्ञानिक सेमुर बेन्ज़र ने अपने छात्र रोनाल्ड कोनोपका के साथ जांच की कि क्या फल मक्खियों में सर्कैडियन लय को नियंत्रित करने वाले जीन को अलग करना संभव है। वैज्ञानिक यह दिखाने में सक्षम थे कि उनके लिए अज्ञात जीन में उत्परिवर्तन प्रयोगात्मक कीड़ों में इस लय को बाधित करते हैं। उन्होंने इसे पीरियड जीनोम कहा। लेकिन इस जीन ने सर्कैडियन लय को कैसे प्रभावित किया?

2017 के नोबेल पुरस्कार विजेताओं ने फल मक्खियों पर भी प्रयोग किए। उनका लक्ष्य आंतरिक घड़ी के तंत्र की खोज करना था। 1984 में, जेफरी हॉल और माइकल रोज़बाश, जिन्होंने बोस्टन में ब्रैंडिस विश्वविद्यालय में एक-दूसरे के साथ मिलकर काम किया, और न्यूयॉर्क में रॉकफेलर विश्वविद्यालय के माइकल यंग ने पीरियड जीन को सफलतापूर्वक अलग कर दिया। हॉल और रोजबैश ने तब पाया कि इस जीन द्वारा एन्कोडेड प्रति प्रोटीन रात के दौरान कोशिकाओं में जमा हो जाता है और दिन के दौरान नष्ट हो जाता है। इस प्रकार, इस प्रोटीन का स्तर 24 घंटे के चक्र के दौरान सर्कैडियन लय के साथ तालमेल बिठाता है। आंतरिक सेलुलर घड़ी के "पेंडुलम" की खोज की गई थी।

स्व-समायोजन घड़ी की कल

सर्कैडियन रिदम को नियंत्रित करने वाले प्रोटीन की कोशिका में काम का एक सरलीकृत आरेख नोबेल समिति

अगला मुख्य लक्ष्य यह समझना था कि इन सर्कैडियन उतार-चढ़ाव को कैसे उत्पन्न और बनाए रखा जा सकता है। हॉल और रोज़बैश ने सुझाव दिया कि दैनिक चक्र के दौरान प्रति प्रोटीन अवधि जीन की गतिविधि को अवरुद्ध करता है। उनका मानना ​​​​था कि एक निरोधात्मक प्रतिक्रिया पाश की मदद से, प्रति प्रोटीन समय-समय पर अपने स्वयं के संश्लेषण को रोक सकता है और इस तरह एक निरंतर चक्रीय लय में अपने स्तर को नियंत्रित कर सकता है।

इस जिज्ञासु मॉडल को बनाने के लिए केवल कुछ तत्व गायब थे। अवधि जीन की गतिविधि को अवरुद्ध करने के लिए, साइटोप्लाज्म में उत्पादित प्रति प्रोटीन को कोशिका नाभिक तक पहुंचना होगा, जहां आनुवंशिक सामग्री निहित है। हॉल और रोज़बैश के प्रयोगों से पता चला कि यह प्रोटीन वास्तव में रात में नाभिक में जमा हो जाता है। लेकिन वह वहां कैसे पहुंचता है? इस प्रश्न का उत्तर 1994 में माइकल यंग द्वारा दिया गया, जिन्होंने दूसरी कुंजी "क्लॉक जीन" की खोज की, जो सामान्य सर्कैडियन लय को बनाए रखने के लिए आवश्यक TIM प्रोटीन को एन्कोड करता है। सरल और सुरुचिपूर्ण काम में, उन्होंने दिखाया कि जब TIM PER से बंधा होता है, तो ये दो प्रोटीन कोशिका नाभिक में प्रवेश करने में सक्षम होते हैं, जहाँ वे वास्तव में निरोधात्मक प्रतिक्रिया पाश को बंद करने के लिए अवधि जीन को अवरुद्ध करते हैं।

इस तरह के एक नियामक तंत्र ने समझाया कि सेलुलर प्रोटीन के स्तर में यह उतार-चढ़ाव कैसे उत्पन्न हुआ, लेकिन सभी सवालों को हल नहीं किया। उदाहरण के लिए, यह स्थापित करना आवश्यक था कि दैनिक उतार-चढ़ाव की आवृत्ति को कौन नियंत्रित करता है। इस समस्या को हल करने के लिए, माइकल यंग ने एक और जीन को अलग किया जो डीबीटी प्रोटीन के लिए कोड करता है; यह प्रति प्रोटीन के संचय में देरी करता है। इस प्रकार, यह समझना संभव था कि 24 घंटे के चक्र के साथ जितना संभव हो सके मेल खाने के लिए इस उतार-चढ़ाव को कैसे नियंत्रित किया जाता है।

आज के पुरस्कार विजेताओं द्वारा की गई ये खोजें जैविक घड़ी के कामकाज के प्रमुख सिद्धांतों को रेखांकित करती हैं। इसके बाद, इस तंत्र के अन्य आणविक घटकों की खोज की गई। वे इसके काम की स्थिरता और संचालन के सिद्धांत की व्याख्या करते हैं। उदाहरण के लिए, हॉल, रोज़बैश और यंग ने पीरियड जीन को सक्रिय करने के लिए आवश्यक अतिरिक्त प्रोटीन की खोज की, साथ ही वह तंत्र जिसके द्वारा दिन के उजाले जैविक घड़ी को सिंक्रनाइज़ करते हैं।

मानव जीवन पर सर्कैडियन लय का प्रभाव

मानव सर्कैडियन ताल नोबेल समिति

जैविक घड़ी हमारे जटिल शरीर क्रिया विज्ञान के कई पहलुओं में शामिल है। अब हम जानते हैं कि मानव सहित सभी बहुकोशिकीय जीव सर्कैडियन लय को नियंत्रित करने के लिए समान तंत्र का उपयोग करते हैं। हमारे अधिकांश जीन जैविक घड़ी द्वारा नियंत्रित होते हैं, इसलिए सावधानीपूर्वक ट्यून की गई सर्कैडियन लय हमारे शरीर क्रिया विज्ञान को दिन के विभिन्न चरणों के अनुकूल बनाती है। आज के तीन नोबेल पुरस्कार विजेताओं के मौलिक कार्य के लिए धन्यवाद, सर्कैडियन जीव विज्ञान अनुसंधान के एक विशाल और गतिशील क्षेत्र में विकसित हुआ है जो हमारे स्वास्थ्य और कल्याण पर सर्कैडियन लय के प्रभाव का अध्ययन करता है। और हमें एक और पुष्टि मिली कि रात में सोना अभी भी बेहतर है, भले ही आप एक "उल्लू" हों। यह स्वस्थ है।

संदर्भ

जेफ्री हॉल 1945 में न्यूयॉर्क, यूएसए में पैदा हुआ था। उन्होंने 1971 में वाशिंगटन विश्वविद्यालय (सिएटल, वाशिंगटन) से डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त की। 1973 तक, वह कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (पासाडेना, कैलिफोर्निया) में प्रोफेसर थे। 1974 से वह ब्रैंडिस यूनिवर्सिटी (वॉलथम, मैसाचुसेट्स) में काम कर रहे हैं। 2002 में, उन्होंने मेन विश्वविद्यालय के साथ सहयोग करना शुरू किया।

माइकल रोज़बाशी 1944 में अमेरिका के कैनसस सिटी में पैदा हुआ था। उन्होंने मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (कैम्ब्रिज, मैसाचुसेट्स) से डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त की। अगले तीन वर्षों तक वे स्कॉटलैंड के एडिनबर्ग विश्वविद्यालय में डॉक्टरेट के छात्र रहे। 1974 से वह ब्रैंडिस यूनिवर्सिटी (वॉलथम, मैसाचुसेट्स) में काम कर रहे हैं।

माइकल यंग 1949 में मियामी, यूएसए में पैदा हुआ था। उन्होंने 1975 में टेक्सास विश्वविद्यालय (ऑस्टिन, टेक्सास) में डॉक्टरेट की पढ़ाई पूरी की। 1977 तक, वह स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी (पालो ऑल्टो, कैलिफोर्निया) में पोस्टडॉक्टरल फेलो थे। 1978 में वे न्यूयॉर्क में रॉकफेलर विश्वविद्यालय के संकाय में शामिल हुए।

रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज से सामग्री का अनुवाद।

स्टॉकहोम में वार्षिक नोबेल सप्ताह सोमवार को फिजियोलॉजी या मेडिसिन में पुरस्कार विजेताओं की घोषणा के साथ शुरू हुआ। नोबेल समिति ने घोषणा की कि 2017 का पुरस्कार शोधकर्ताओं जेफ्री हॉल, माइकल रोसबाश और माइकल यंग को दिया गया

सर्कैडियन लय को नियंत्रित करने वाले आणविक तंत्र की खोज - दिन और रात के परिवर्तन से जुड़ी विभिन्न जैविक प्रक्रियाओं की तीव्रता में चक्रीय उतार-चढ़ाव।

पृथ्वी पर जीवन ग्रह के घूर्णन के अनुकूल है। यह लंबे समय से स्थापित किया गया है कि पौधों से लेकर मनुष्यों तक सभी जीवित जीवों में एक जैविक घड़ी होती है जो शरीर को पर्यावरण में दिन के दौरान होने वाले परिवर्तनों के अनुकूल होने की अनुमति देती है। इस क्षेत्र में पहली बार हमारे युग की शुरुआत में अवलोकन किए गए थे, और अधिक गहन शोध 18 वीं शताब्दी में शुरू हुआ था।

20वीं शताब्दी तक, पौधों और जानवरों की सर्कैडियन लय का पूरी तरह से अध्ययन किया गया था, लेकिन यह एक रहस्य बना रहा कि वास्तव में "आंतरिक घड़ी" कैसे काम करती है। यह रहस्य अमेरिकी आनुवंशिकीविदों और कालक्रमविज्ञानी हॉल, रोसबाश और यांग के सामने प्रकट हुआ था।

फल मक्खियाँ अनुसंधान के लिए एक आदर्श जीव बन गई हैं। शोधकर्ताओं की एक टीम ने उनमें एक ऐसा जीन खोजने में कामयाबी हासिल की जो जैविक लय को नियंत्रित करता है।

वैज्ञानिकों ने पाया है कि यह जीन एक प्रोटीन को एनकोड करता है जो रात में कोशिकाओं में जमा हो जाता है और दिन के दौरान नष्ट हो जाता है।

इसके बाद, उन्होंने "सेलुलर घड़ी" के स्व-नियमन के लिए जिम्मेदार अन्य तत्वों की पहचान की और साबित किया कि जैविक घड़ी मनुष्यों सहित अन्य बहुकोशिकीय जीवों में भी इसी तरह काम करती है।

आंतरिक घड़ी हमारे शरीर क्रिया विज्ञान को दिन के पूरी तरह से अलग समय के अनुकूल बनाती है। हमारा व्यवहार, नींद, चयापचय, शरीर का तापमान, हार्मोन का स्तर उन पर निर्भर करता है। आंतरिक घड़ी के काम और पर्यावरण के बीच विसंगति होने पर हमारी तबीयत खराब हो जाती है। तो, शरीर अनिद्रा, थकान और सिरदर्द के साथ समय क्षेत्र में तेज बदलाव पर प्रतिक्रिया करता है। जेट लैग सिंड्रोम, जेट लैग, को कई दशकों से रोगों के अंतर्राष्ट्रीय वर्गीकरण में शामिल किया गया है। शरीर द्वारा निर्धारित लय के साथ जीवन शैली के बेमेल होने से कई बीमारियों के विकसित होने का खतरा बढ़ जाता है।

आंतरिक घड़ियों के साथ पहला प्रलेखित प्रयोग 18 वीं शताब्दी में फ्रांसीसी खगोलशास्त्री जीन-जैक्स डी मेरान द्वारा किया गया था। उन्होंने पाया कि अंधेरे के आगमन के साथ छुई मुई की पत्तियां गिर जाती हैं और सुबह फिर से सीधी हो जाती हैं। जब डी मेरान ने परीक्षण करने का फैसला किया कि प्रकाश तक पहुंच के बिना पौधे कैसे व्यवहार करेगा, तो यह पता चला कि मिमोसा के पत्ते गिर गए और प्रकाश की परवाह किए बिना गुलाब - ये घटनाएं दिन के समय में बदलाव से जुड़ी थीं।

बाद में, वैज्ञानिकों ने पाया कि अन्य जीवित जीवों में भी इसी तरह की घटनाएं होती हैं जो शरीर को दिन के दौरान परिस्थितियों में बदलाव के लिए समायोजित करती हैं।

उन्हें सर्कैडियन रिदम कहा जाता था, लगभग शब्द से - "चारों ओर" और मर जाता है - "दिन"। 1970 के दशक में, भौतिक विज्ञानी और आणविक जीवविज्ञानी सीमोर बेंज़र ने सोचा कि क्या सर्कैडियन लय को नियंत्रित करने वाले जीन की पहचान की जा सकती है। वह ऐसा करने में कामयाब रहे, जीन को अवधि कहा गया, लेकिन नियंत्रण तंत्र अज्ञात रहा।

1984 में, हॉल, रूइबैक और यंग ने उन्हें पहचानने में कामयाबी हासिल की।

उन्होंने आवश्यक जीन को अलग किया और पाया कि यह दिन के समय के आधार पर कोशिकाओं में इससे जुड़े प्रोटीन (पीईआर) के संचय और विनाश के लिए जिम्मेदार है।

शोधकर्ताओं के लिए अगला कार्य यह समझना था कि सर्कैडियन उतार-चढ़ाव कैसे उत्पन्न और बनाए रखा जाता है। हॉल और रोसबैश ने सुझाव दिया कि प्रोटीन का संचय जीन के संचालन को अवरुद्ध करता है, जिससे कोशिकाओं में प्रोटीन की सामग्री को नियंत्रित किया जाता है।

हालांकि, जीन के काम को अवरुद्ध करने के लिए, साइटोप्लाज्म में बनने वाले प्रोटीन को सेल न्यूक्लियस तक पहुंचना चाहिए, जहां आनुवंशिक सामग्री स्थित है। यह पता चला कि PER रात में कर्नेल में निर्माण करता है, लेकिन यह वहां कैसे पहुंचता है?

1994 में, यंग ने एक और जीन की खोज की, कालातीत, जो TIM प्रोटीन के लिए कोड है, जो सामान्य सर्कैडियन लय के लिए आवश्यक है।

उन्होंने पाया कि जब टीआईएम पेर से जुड़ता है, तो वे सेल न्यूक्लियस में प्रवेश करने में सक्षम होते हैं, जहां वे फीडबैक अवरोध के कारण अवधि जीन के संचालन को अवरुद्ध करते हैं।

लेकिन कुछ सवाल अभी भी अनुत्तरित रह गए। उदाहरण के लिए, सर्कैडियन उतार-चढ़ाव की आवृत्ति को किसने नियंत्रित किया? यंग ने बाद में एक और जीन की खोज की, डबलटाइम, डीबीटी प्रोटीन के निर्माण के लिए जिम्मेदार, जिसने प्रति प्रोटीन के संचय में देरी की। इन सभी खोजों ने यह समझने में मदद की है कि कैसे उतार-चढ़ाव 24 घंटे के दैनिक चक्र के अनुकूल होते हैं।

इसके बाद, हॉल, रूइबास और यंग ने कई और खोजें कीं जो पिछली खोजों को पूरक और परिष्कृत करती थीं।

उदाहरण के लिए, उन्होंने पीरियड जीन को सक्रिय करने के लिए आवश्यक कई प्रोटीनों की पहचान की, और उस तंत्र को भी उजागर किया जिसके द्वारा आंतरिक घड़ी प्रकाश के साथ सिंक्रनाइज़ होती है।

इस क्षेत्र में नोबेल पुरस्कार के लिए सबसे संभावित दावेदार वायरोलॉजिस्ट युआन चांग और उनके पति, ऑन्कोलॉजिस्ट पैट्रिक मूर थे, जिन्होंने कापोसी के सरकोमा से जुड़े हर्पीस वायरस टाइप 8 की खोज की थी; प्रोफेसर लुईस कैंटली, जिन्होंने फॉस्फॉइनोसाइटाइड-3-किनेज एंजाइमों के सिग्नलिंग मार्ग की खोज की और ट्यूमर के विकास में उनकी भूमिका का अध्ययन किया; और प्रोफेसर कार्ल फ्रिस्टन, जिन्होंने मस्तिष्क इमेजिंग डेटा के विश्लेषण में एक बड़ा योगदान दिया।

2016 में, ऑटोफैगी के तंत्र की खोज के लिए जापानी योशिनोरी ओहसुमी पुरस्कार के विजेता, इंट्रासेल्युलर मलबे के क्षरण और प्रसंस्करण की प्रक्रिया।

2017 में, चिकित्सा में नोबेल पुरस्कार तीन अमेरिकी वैज्ञानिकों को दिया गया, जिन्होंने सर्कैडियन रिदम के लिए जिम्मेदार आणविक तंत्र की खोज की - मानव जैविक घड़ी। ये तंत्र नींद और जागने, हार्मोनल प्रणाली के कामकाज, शरीर के तापमान और मानव शरीर के अन्य मापदंडों को नियंत्रित करते हैं जो दिन के समय के आधार पर बदलते हैं। सामग्री आरटी में वैज्ञानिकों की खोज के बारे में और पढ़ें।

फिजियोलॉजी या मेडिसिन में नोबेल पुरस्कार के विजेता रॉयटर्स जोनास एकस्ट्रोमेर

स्टॉकहोम में करोलिंस्का संस्थान की नोबेल समिति ने सोमवार, 2 अक्टूबर को घोषणा की कि 2017 का फिजियोलॉजी या मेडिसिन में नोबेल पुरस्कार अमेरिकी वैज्ञानिकों माइकल यंग, ​​जेफ्री हॉल और माइकल रोसबाश को सर्कैडियन लय को नियंत्रित करने वाले आणविक तंत्र की उनकी खोजों के लिए दिया गया था। .

समिति ने कहा, "वे शरीर की जैविक घड़ी के अंदर जाने और यह समझाने में सक्षम थे कि यह कैसे काम करता है।"

सर्कैडियन लय को दिन और रात के परिवर्तन से जुड़े शरीर में विभिन्न शारीरिक और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के चक्रीय उतार-चढ़ाव कहा जाता है। मानव शरीर के लगभग हर अंग में, ऐसी कोशिकाएँ होती हैं जिनकी एक व्यक्तिगत आणविक घड़ी होती है, और इसलिए, सर्कैडियन लय एक जैविक घड़ी होती है।

करोलिंस्का इंस्टीट्यूट की एक विज्ञप्ति के अनुसार, यंग, ​​हॉल और रोसबाश ने फल मक्खियों में एक जीन को अलग किया है जो दिन के समय के आधार पर एक विशेष प्रोटीन की रिहाई को नियंत्रित करता है।

"इस प्रकार, वैज्ञानिक इस तंत्र के संचालन में शामिल प्रोटीन यौगिकों की पहचान करने में सक्षम थे, और प्रत्येक व्यक्तिगत कोशिका के अंदर इस घटना के स्वतंत्र यांत्रिकी के काम को समझने में सक्षम थे। अब हम जानते हैं कि जैविक घड़ी मनुष्यों सहित अन्य बहुकोशिकीय जीवों की कोशिकाओं में उसी सिद्धांत पर काम करती है, ”पुरस्कार देने वाली समिति एक विज्ञप्ति में कहती है।

• ड्रोसोफिला मक्खी
• Globallookpress.com
• इमेजब्रोकर/अल्फ्रेड शॉहुबेर

जीवित जीवों में जैविक घड़ी की उपस्थिति पिछली शताब्दी के अंत में स्थापित की गई थी। वे मस्तिष्क के हाइपोथैलेमस के तथाकथित सुप्राचैस्मेटिक नाभिक में स्थित हैं। नाभिक रेटिना पर रिसेप्टर्स से प्रकाश के स्तर के बारे में जानकारी प्राप्त करता है और तंत्रिका आवेगों और हार्मोनल परिवर्तनों का उपयोग करके अन्य अंगों को संकेत भेजता है।

इसके अलावा, नाभिक की कुछ कोशिकाओं, अन्य अंगों की कोशिकाओं की तरह, उनकी अपनी जैविक घड़ी होती है, जिसका कार्य प्रोटीन द्वारा प्रदान किया जाता है, जिसकी गतिविधि दिन के समय के आधार पर भिन्न होती है। इन प्रोटीनों की गतिविधि अन्य प्रोटीन बंधों के संश्लेषण को निर्धारित करती है जो व्यक्तिगत कोशिकाओं और संपूर्ण अंगों की महत्वपूर्ण गतिविधि के सर्कैडियन लय को जन्म देते हैं। उदाहरण के लिए, रात में तेज रोशनी के साथ घर के अंदर रहने से सर्कैडियन लय में बदलाव आ सकता है, जो प्रति जीन के प्रोटीन संश्लेषण को सक्रिय करता है, जो आमतौर पर सुबह शुरू होता है।

साथ ही, स्तनधारियों के शरीर में सर्कैडियन लय में यकृत एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। उदाहरण के लिए, चूहे या चूहे जैसे कृंतक निशाचर जानवर होते हैं और रात में खाते हैं। लेकिन अगर भोजन केवल दिन में ही उपलब्ध हो जाता है, तो उनका लीवर सर्कैडियन चक्र 12 घंटे तक शिफ्ट हो जाता है।

जीवन की लय

सर्कैडियन लय शरीर की गतिविधि में दैनिक परिवर्तन हैं। उनमें नींद और जागने का नियमन, हार्मोन स्राव, शरीर का तापमान और अन्य पैरामीटर शामिल हैं जो सर्कैडियन लय के अनुसार बदलते हैं, एक सोमनोलॉजिस्ट अलेक्जेंडर मेलनिकोव बताते हैं। उन्होंने कहा कि शोधकर्ता इस दिशा में कई दशकों से विकास कर रहे हैं।

"सबसे पहले, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह खोज न तो कल है और न ही आज। ये अध्ययन कई दशकों से किए गए हैं - पिछली शताब्दी के 80 के दशक से लेकर वर्तमान तक - और मानव शरीर और अन्य जीवित प्राणियों की प्रकृति को नियंत्रित करने वाले गहरे तंत्रों में से एक की खोज करना संभव बना दिया है। वैज्ञानिकों ने जो तंत्र खोजा है वह शरीर की दैनिक लय को प्रभावित करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है, ”मेलनिकोव ने कहा।

• पिक्साबे.कॉम

विशेषज्ञ के अनुसार ये प्रक्रियाएं केवल दिन और रात के परिवर्तन के कारण ही नहीं होती हैं। ध्रुवीय रात की स्थितियों में भी, सर्कैडियन लय काम करना जारी रखेंगे।

"ये कारक बहुत महत्वपूर्ण हैं, लेकिन बहुत बार वे लोगों में परेशान होते हैं। इन प्रक्रियाओं को जीन स्तर पर विनियमित किया जाता है, जिसकी पुष्टि पुरस्कार विजेताओं ने की थी। आजकल, लोग अक्सर समय क्षेत्र बदलते हैं और सर्कैडियन लय में अचानक बदलाव से जुड़े विभिन्न तनावों के संपर्क में आते हैं। आधुनिक जीवन की तीव्र लय शरीर के बाकी हिस्सों के लिए सही समायोजन और अवसरों को प्रभावित कर सकती है, ”मेलनिकोव ने निष्कर्ष निकाला। उन्हें विश्वास है कि यांग, हॉल और रोसबाश का अध्ययन मानव शरीर की लय को प्रभावित करने के लिए नए तंत्र विकसित करने का अवसर प्रदान करता है।

पुरस्कार इतिहास

पुरस्कार के संस्थापक, अल्फ्रेड नोबेल ने अपनी वसीयत में 1810 में स्थापित स्टॉकहोम में करोलिंस्का संस्थान और दुनिया के प्रमुख शैक्षिक और वैज्ञानिक चिकित्सा केंद्रों में से एक को फिजियोलॉजी और चिकित्सा में पुरस्कार विजेता का चयन सौंपा। विश्वविद्यालय की नोबेल समिति में पांच स्थायी सदस्य होते हैं, जिन्हें परामर्श के लिए विशेषज्ञों को आमंत्रित करने का अधिकार होता है। इस वर्ष पुरस्कार के लिए नामांकित व्यक्तियों की सूची में 361 नाम थे।

चिकित्सा का नोबेल पुरस्कार 211 वैज्ञानिकों को 107 बार दिया जा चुका है। इसका पहला पुरस्कार विजेता 1901 में जर्मन चिकित्सक एमिल एडॉल्फ वॉन बेहरिंग था, जिन्होंने डिप्थीरिया के खिलाफ टीकाकरण की एक विधि विकसित की थी। कारोलिंस्का संस्थान की समिति 1945 का सबसे महत्वपूर्ण पुरस्कार मानती है, जो पेनिसिलिन की खोज के लिए ब्रिटिश वैज्ञानिकों फ्लेमिंग, चेयेने और फ्लोरी को दिया गया था। कुछ पुरस्कार समय के साथ अप्रचलित हो गए हैं, जैसे कि लोबोटॉमी पद्धति के विकास के लिए 1949 में दिया गया पुरस्कार।

2017 में, पुरस्कार SEK 8 मिलियन से बढ़ाकर SEK 9 मिलियन (लगभग $ 1.12 मिलियन) कर दिया गया था।

पुरस्कार समारोह पारंपरिक रूप से अल्फ्रेड नोबेल की मृत्यु के दिन 10 दिसंबर को होगा। स्टॉकहोम में फिजियोलॉजी और मेडिसिन, फिजिक्स, केमिस्ट्री और साहित्य के क्षेत्र में पुरस्कार दिए जाएंगे। नोबेल की इच्छा के अनुसार शांति पुरस्कार उसी दिन ओस्लो में दिया जाता है।

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नोबेल समिति ने आज 2017 फिजियोलॉजी या मेडिसिन पुरस्कार के विजेताओं की घोषणा की है। इस वर्ष यह पुरस्कार एक बार फिर अमेरिका की यात्रा करेगा, जिसमें न्यूयॉर्क में रॉकफेलर विश्वविद्यालय के माइकल यंग, ​​ब्रैंडिस विश्वविद्यालय के माइकल रोसबाश और मेन विश्वविद्यालय के जेफ्री हॉल ने पुरस्कार साझा किया। नोबेल समिति के निर्णय के अनुसार, इन शोधकर्ताओं को "सर्कैडियन लय को नियंत्रित करने वाले आणविक तंत्र की उनकी खोजों के लिए" सम्मानित किया गया था।

यह कहा जाना चाहिए कि नोबेल पुरस्कार के पूरे 117 साल के इतिहास में, यह शायद नींद-जागने के चक्र के अध्ययन के साथ-साथ सामान्य रूप से नींद से संबंधित किसी भी चीज के लिए पहला पुरस्कार है। प्रसिद्ध सोम्नोलॉजिस्ट नथानिएल क्लेटमैन को पुरस्कार नहीं मिला, और यूजीन एज़ेरिंस्की, जिन्होंने इस क्षेत्र में सबसे उत्कृष्ट खोज की, जिन्होंने आरईएम स्लीप (आरईएम - रैपिड आई मूवमेंट, रैपिड स्लीप फेज) की खोज की, आमतौर पर उनकी उपलब्धि के लिए केवल पीएचडी की डिग्री प्राप्त की। . यह आश्चर्य की बात नहीं है कि कई पूर्वानुमानों में (हम उनके बारे में अपने नोट में बात करेंगे) कोई नाम और कोई शोध विषय थे, लेकिन वे नहीं जिन्होंने नोबेल समिति का ध्यान आकर्षित किया।

पुरस्कार किस लिए था?

तो, सर्कैडियन लय क्या हैं और पुरस्कार विजेताओं ने वास्तव में क्या खोजा, जिन्होंने नोबेल समिति के सचिव के अनुसार, "क्या आप मुझसे मजाक कर रहे हैं?" शब्दों के साथ पुरस्कार की खबर का स्वागत किया।

जेफ्री हॉल, माइकल रोसबाश, माइकल यंग

लगभग दीमलैटिन से "दिन के आसपास" के रूप में अनुवादित। ऐसा हुआ कि हम पृथ्वी ग्रह पर रहते हैं, जहां दिन को रात से बदल दिया जाता है। और दिन और रात की विभिन्न परिस्थितियों के अनुकूल होने के दौरान, जीवों ने आंतरिक जैविक घड़ियों का विकास किया - जीव की जैव रासायनिक और शारीरिक गतिविधि की लय। केवल 1980 के दशक में यह दिखाना संभव था कि मशरूम को कक्षा में भेजकर इन लय में विशेष रूप से आंतरिक प्रकृति थी। न्यूरोस्पोरा क्रैसा. तब यह स्पष्ट हो गया कि सर्कैडियन लय बाहरी प्रकाश या अन्य भूभौतिकीय संकेतों पर निर्भर नहीं करते हैं।

सर्कैडियन लय के आनुवंशिक तंत्र की खोज 1960-1970 के दशक में सीमोर बेन्ज़र और रोनाल्ड कोनोपका द्वारा की गई थी, जिन्होंने विभिन्न सर्कैडियन लय के साथ फल मक्खियों की उत्परिवर्ती रेखाओं का अध्ययन किया था: जंगली प्रकार की मक्खियों में, सर्कैडियन लय में उतार-चढ़ाव की अवधि 24 घंटे थी, कुछ में म्यूटेंट - 19 घंटे, अन्य में - 29 घंटे, और तीसरे में बिल्कुल भी लय नहीं थी। यह पता चला कि लय को जीन द्वारा नियंत्रित किया जाता है प्रति - अवधि. अगला कदम, जिसने यह समझने में मदद की कि सर्कैडियन लय में इस तरह के उतार-चढ़ाव को कैसे बनाया और बनाए रखा जाता है, वर्तमान पुरस्कार विजेताओं द्वारा लिया गया था।

स्व-समायोजन घड़ी की कल

जेफ्री हॉल और माइकल रोसबाश ने सुझाव दिया कि जीन एन्कोडेड है अवधिप्रति प्रोटीन अपने स्वयं के जीन के काम को अवरुद्ध करता है, और इस तरह का फीडबैक लूप प्रोटीन को अपने स्वयं के संश्लेषण को रोकने और चक्रीय रूप से कोशिकाओं में अपने स्तर को लगातार नियंत्रित करने की अनुमति देता है।

तस्वीर में उतार-चढ़ाव के 24 घंटे से अधिक की घटनाओं का क्रम दिखाया गया है। जब जीन सक्रिय होता है, तो प्रति एमआरएनए उत्पन्न होता है। यह न्यूक्लियस को साइटोप्लाज्म में बाहर निकालता है, प्रति प्रोटीन के उत्पादन के लिए एक टेम्पलेट बन जाता है। पेर प्रोटीन सेल न्यूक्लियस में जमा हो जाता है जब पीरियड जीन की गतिविधि अवरुद्ध हो जाती है। यह फीडबैक लूप बंद कर देता है।

मॉडल बहुत आकर्षक था, लेकिन तस्वीर को पूरा करने के लिए पहेली के कुछ टुकड़े गायब थे। जीन की गतिविधि को अवरुद्ध करने के लिए, प्रोटीन को कोशिका के केंद्रक में जाने की आवश्यकता होती है, जहां आनुवंशिक सामग्री संग्रहीत होती है। जेफरी हॉल और माइकल रोसबैश ने दिखाया कि प्रति प्रोटीन नाभिक में रातोंरात जमा हो जाता है, लेकिन यह नहीं समझ पाया कि यह वहां कैसे पहुंचा। 1994 में, माइकल यंग ने दूसरे सर्कैडियन रिदम जीन की खोज की, कुसमय(अंग्रेजी "कालातीत")। यह TIM प्रोटीन के लिए कोड करता है, जो हमारी आंतरिक घड़ी के ठीक से काम करने के लिए आवश्यक है। अपने सुरुचिपूर्ण प्रयोग में, यंग ने प्रदर्शित किया कि केवल एक दूसरे से आबद्ध होकर, TIM और PER युग्मित कोशिका के केंद्रक में प्रवेश कर सकते हैं, जहाँ वे जीन को अवरुद्ध करते हैं। अवधि.

सर्कैडियन रिदम के आणविक घटकों का सरलीकृत चित्रण

इस प्रतिक्रिया तंत्र ने दोलनों के प्रकट होने का कारण समझाया, लेकिन यह स्पष्ट नहीं था कि उनकी आवृत्ति को क्या नियंत्रित करता है। माइकल यंग को एक और जीन मिला दोगुना समय. इसमें डीबीटी प्रोटीन होता है, जो प्रति प्रोटीन के संचय में देरी कर सकता है। इस प्रकार उतार-चढ़ाव को "डीबग" किया जाता है ताकि वे दैनिक चक्र के साथ मेल खाते हों। इन खोजों ने मानव जैविक घड़ी के प्रमुख तंत्रों के बारे में हमारी समझ में क्रांति ला दी। बाद के वर्षों में, अन्य प्रोटीन पाए गए जो इस तंत्र को प्रभावित करते हैं और इसके स्थिर संचालन को बनाए रखते हैं।

उदाहरण के लिए, इस वर्ष के पुरस्कार विजेताओं ने अतिरिक्त प्रोटीन की खोज की है जो एक जीन बनाते हैं अवधिकाम, और प्रोटीन, जिसकी मदद से प्रकाश जैविक घड़ी को सिंक्रनाइज़ करता है (या समय क्षेत्र में तेज बदलाव के मामले में जेटलैग का कारण बनता है)।

पुरस्कार के बारे में

याद रखें कि फिजियोलॉजी या मेडिसिन में नोबेल पुरस्कार (यह ध्यान देने योग्य है कि "और" पूर्वसर्ग "या" ध्वनियों के स्थान पर मूल नाम में) 1895 में अल्फ्रेड नोबेल के वसीयतनामा द्वारा निर्धारित पांच पुरस्कारों में से एक है और, यदि आप दस्तावेज़ के पत्र का पालन करते हैं, पिछले वर्ष में किए गए "शरीर विज्ञान या चिकित्सा के क्षेत्र में एक खोज या आविष्कार के लिए" सालाना सम्मानित किया जाना चाहिए और मानव जाति के लिए अधिकतम लाभ लाया। हालांकि, "पिछले साल के सिद्धांत" का सम्मान नहीं किया गया था, ऐसा लगता है, लगभग कभी नहीं।

अब शरीर विज्ञान या चिकित्सा में पुरस्कार परंपरागत रूप से नोबेल सप्ताह की शुरुआत में, अक्टूबर के पहले सोमवार को दिया जाता है। इसे पहली बार 1901 में डिप्थीरिया के लिए सीरम थेरेपी के विकास के लिए सम्मानित किया गया था। कुल मिलाकर, पूरे इतिहास में पुरस्कार को नौ मामलों में 108 बार सम्मानित किया गया है: 1915, 1916, 1917, 1918, 1921, 1925, 1940, 1941 और 1942 में, पुरस्कार से सम्मानित नहीं किया गया था।

1901 से 2017 के बीच 214 वैज्ञानिकों को यह पुरस्कार दिया गया, जिनमें से एक दर्जन महिलाएं हैं। अब तक, ऐसा कोई मामला नहीं आया है कि किसी को दवा में दो बार पुरस्कार मिला हो, हालांकि ऐसे मामले सामने आए हैं जब पहले से ही एक मौजूदा पुरस्कार विजेता को नामांकित किया गया हो (उदाहरण के लिए, हमारा)। 2017 के पुरस्कार को छोड़कर, पुरस्कार विजेता की औसत आयु 58 वर्ष थी। शरीर विज्ञान और चिकित्सा के क्षेत्र में सबसे कम उम्र का नोबेल पुरस्कार विजेता 1923 का पुरस्कार विजेता फ्रेडरिक बैंटिंग (इंसुलिन की खोज के लिए पुरस्कार, उम्र 32) था, सबसे पुराना 1966 का पुरस्कार विजेता पेटन रोज था (ऑन्कोजेनिक वायरस की खोज के लिए पुरस्कार, उम्र 87 वर्ष) .

2017 में पहला नोबेल पुरस्कार, जो पारंपरिक रूप से शरीर विज्ञान और चिकित्सा के क्षेत्र में उपलब्धियों के लिए दिया जाता है, एक आणविक तंत्र की खोज के लिए अमेरिकी वैज्ञानिकों के पास गया जो सभी जीवित प्राणियों को अपनी "जैविक घड़ी" प्रदान करता है। यह वह मामला है जब सचमुच हर कोई वैज्ञानिक उपलब्धियों के महत्व का न्याय कर सकता है, जिसे सबसे प्रतिष्ठित पुरस्कार द्वारा चिह्नित किया गया है: ऐसा कोई व्यक्ति नहीं है जो नींद और जागने की लय में बदलाव से परिचित नहीं होगा। पढ़ें कि इन घड़ियों की व्यवस्था कैसे की जाती है और हम अपनी सामग्री में उनके तंत्र का पता लगाने में कैसे कामयाब रहे।

पिछले साल, फिजियोलॉजी या मेडिसिन में नोबेल पुरस्कार समिति ने जनता को चौंका दिया - सीआरआईएसपीआर / कैस और ऑन्कोइम्यूनोलॉजी में बढ़ती रुचि की पृष्ठभूमि के खिलाफ, बेकर के खमीर पर शास्त्रीय आनुवंशिकी के तरीकों द्वारा किए गए गहन मौलिक कार्य के लिए एक पुरस्कार। इस बार, समिति ने फिर से फैशन का पालन नहीं किया और एक और भी अधिक क्लासिक आनुवंशिक वस्तु - ड्रोसोफिला पर किए गए मौलिक कार्य को नोट किया। मक्खियों के साथ काम करने वाले पुरस्कार विजेता जेफ्री हॉल, माइकल रोसबैश और माइकल यंग ने सर्कैडियन लय के अंतर्निहित आणविक तंत्र का वर्णन किया है, जो ग्रह पृथ्वी पर जीवन के लिए जैविक प्राणियों के सबसे महत्वपूर्ण अनुकूलन में से एक है।

जैविक घड़ी क्या है?

सर्कैडियन लय सर्कैडियन, या जैविक घड़ी का परिणाम है। जैविक घड़ी एक रूपक नहीं है, बल्कि प्रोटीन और जीन की एक श्रृंखला है, जो नकारात्मक प्रतिक्रिया के सिद्धांत के अनुसार बंद हो जाती है और लगभग 24 घंटे के चक्र के साथ दैनिक उतार-चढ़ाव करती है - पृथ्वी के दिन की अवधि के अनुसार। जानवरों में यह श्रृंखला काफी रूढ़िवादी है, और घड़ी का सिद्धांत सभी जीवित जीवों में समान है - जिनके पास है। वर्तमान में, यह जानवरों, पौधों, कवक और साइनोबैक्टीरिया में एक आंतरिक थरथरानवाला की उपस्थिति के बारे में विश्वसनीय रूप से जाना जाता है, हालांकि जैव रासायनिक मापदंडों में कुछ लयबद्ध उतार-चढ़ाव अन्य बैक्टीरिया में भी पाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, सर्कैडियन लय की उपस्थिति को बैक्टीरिया में माना जाता है जो मानव आंतों के माइक्रोबायोम का निर्माण करते हैं - वे, जाहिरा तौर पर, मेजबान चयापचयों द्वारा नियंत्रित होते हैं।

अधिकांश स्थलीय जीवों में, जैविक घड़ी प्रकाश द्वारा नियंत्रित होती है - इसलिए वे हमें रात में सोते हैं, और जागते रहते हैं और दिन में खाते हैं। जब प्रकाश व्यवस्था बदलती है (उदाहरण के लिए, एक ट्रान्साटलांटिक उड़ान के परिणामस्वरूप), तो वे नए शासन में समायोजित हो जाते हैं। एक आधुनिक व्यक्ति में जो चौबीसों घंटे कृत्रिम प्रकाश व्यवस्था की स्थिति में रहता है, सर्कैडियन लय अक्सर परेशान होते हैं। यूएस नेशनल टॉक्सिकोलॉजी प्रोग्राम के विशेषज्ञों के अनुसार, काम के घंटों को शाम और रात के घंटों में स्थानांतरित करना लोगों के लिए गंभीर स्वास्थ्य जोखिमों से भरा होता है। सर्कैडियन लय में व्यवधान से जुड़े विकारों में नींद और खाने के विकार, अवसाद, बिगड़ा हुआ प्रतिरक्षा, हृदय रोग, कैंसर, मोटापा और मधुमेह विकसित होने की संभावना बढ़ जाती है।

मानव दैनिक चक्र: जागने का चरण भोर में शुरू होता है, जब शरीर हार्मोन कोर्टिसोल छोड़ता है। इसका परिणाम रक्तचाप में वृद्धि और ध्यान की उच्च एकाग्रता है। आंदोलनों और प्रतिक्रिया समय का सबसे अच्छा समन्वय दिन के दौरान मनाया जाता है। शाम तक शरीर के तापमान और दबाव में मामूली वृद्धि होती है। नींद के चरण में संक्रमण हार्मोन मेलाटोनिन की रिहाई द्वारा नियंत्रित होता है, जो प्रकाश में प्राकृतिक कमी के कारण होता है। आधी रात के बाद, नींद का सबसे गहरा चरण सामान्य रूप से शुरू होता है। रात के समय शरीर का तापमान कम हो जाता है और सुबह तक अपने न्यूनतम मान पर पहुंच जाता है।

आइए हम स्तनधारियों में जैविक घड़ी की संरचना पर अधिक विस्तार से विचार करें। उच्च कमान केंद्र, या "मास्टर घड़ी", हाइपोथैलेमस के सुप्राचैस्मेटिक नाभिक में स्थित है। रोशनी के बारे में जानकारी आंखों के माध्यम से वहां प्रवेश करती है - रेटिना में विशेष कोशिकाएं होती हैं जो सीधे सुप्राचैस्मैटिक न्यूक्लियस के साथ संवाद करती हैं। इस नाभिक के न्यूरॉन्स मस्तिष्क के बाकी हिस्सों को आदेश देते हैं, उदाहरण के लिए, पीनियल ग्रंथि द्वारा "स्लीप हार्मोन" मेलाटोनिन के उत्पादन को नियंत्रित करते हैं। एक ही कमांड सेंटर होने के बावजूद शरीर की हर कोशिका की अपनी एक घड़ी होती है। परिधीय घड़ी को सिंक्रनाइज़ या पुन: कॉन्फ़िगर करने के लिए "मास्टर घड़ी" केवल वही है जो आवश्यक है।

जानवरों के दैनिक चक्र (बाएं) के योजनाबद्ध आरेख में नींद और जागने के चरण होते हैं, जो भोजन चरण के साथ मेल खाते हैं। दाईं ओर दिखाया गया है कि यह चक्र आणविक स्तर पर कैसे महसूस किया जाता है - घड़ी के जीन के रिवर्स नकारात्मक विनियमन द्वारा।

ताकाहाशी जेएस / नेट रेव जेनेट। 2017

घड़ी में मुख्य गियर हैं CLOCK और BMAL1 ट्रांसक्रिप्शन एक्टिवेटर और PER रिप्रेसर्स (से अवधि) और क्राई (से क्रिप्टोक्रोम) CLOCK-BMAL1 जोड़ी PER (जिनमें से तीन मनुष्यों में हैं) और CRY (जिनमें से दो मनुष्यों में हैं) को कूटने वाले जीन की अभिव्यक्ति को सक्रिय करती है। यह दिन के दौरान होता है और शरीर के जागने की स्थिति से मेल खाता है। शाम तक, PER और CRY प्रोटीन कोशिका में जमा हो जाते हैं, जो नाभिक में प्रवेश करते हैं और अपने स्वयं के जीन की गतिविधि को दबाते हैं, सक्रियकर्ताओं के साथ हस्तक्षेप करते हैं। इन प्रोटीनों का जीवनकाल छोटा होता है, इसलिए उनकी एकाग्रता तेजी से गिरती है, और सुबह तक CLOCK-BMAL1 फिर से PER और CRY प्रतिलेखन को सक्रिय करने में सक्षम होते हैं। तो चक्र दोहराता है।

CLOCK-BMAL1 जोड़ी न केवल PER और CRY जोड़े की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करती है। उनके लक्ष्यों में कुछ प्रोटीन भी हैं जो स्वयं CLOCK और BMAL1 की गतिविधि को दबाते हैं, साथ ही तीन प्रतिलेखन कारक जो कई अन्य जीनों को नियंत्रित करते हैं जो सीधे घड़ी के काम से संबंधित नहीं हैं। नियामक प्रोटीन की सांद्रता में लयबद्ध उतार-चढ़ाव इस तथ्य की ओर ले जाता है कि 5 से 20 प्रतिशत स्तनधारी जीन दैनिक विनियमन के अधीन हैं।

और यहाँ मक्खियाँ हैं?

लगभग सभी जीनों का उल्लेख किया गया था और पूरे तंत्र को एक फल मक्खी के उदाहरण का उपयोग करके वर्णित किया गया था - अमेरिकी वैज्ञानिकों, जिनमें वर्तमान नोबेल पुरस्कार विजेता शामिल हैं: जेफरी हॉल, माइकल रोसबाश और माइकल यंग ने ऐसा किया।

ड्रोसोफिला का जीवन, प्यूपा से हैचिंग के चरण से शुरू होकर, जैविक घड़ी द्वारा सख्ती से नियंत्रित किया जाता है। मक्खियाँ केवल दिन में उड़ती हैं, भोजन करती हैं और संभोग करती हैं, और रात में "सोती हैं"। इसके अलावा, 20वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध के दौरान, ड्रोसोफिला आनुवंशिकीविदों के लिए मुख्य मॉडल वस्तु थी, इसलिए दूसरी छमाही तक, वैज्ञानिकों ने फ्लाई जीन का अध्ययन करने के लिए पर्याप्त उपकरण जमा कर लिए थे।

सर्कैडियन रिदम से जुड़े जीनों में पहला उत्परिवर्तन 1971 में रोनाल्ड कोनोपका और सीमोर बेंजर द्वारा एक पेपर में वर्णित किया गया था, जिन्होंने कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में काम किया था। यादृच्छिक उत्परिवर्तन के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने सर्कैडियन चक्र के उल्लंघन के साथ मक्खियों की तीन पंक्तियों को प्राप्त करने में कामयाबी हासिल की: कुछ मक्खियों के लिए, जैसे कि एक दिन में 28 घंटे थे (उत्परिवर्तन) प्रति ली), दूसरों के लिए - 19 ( प्रति एस), और तीसरे समूह की मक्खियों के व्यवहार में बिल्कुल भी आवधिकता नहीं थी ( प्रति 0) सभी तीन उत्परिवर्तन एक ही डीएनए क्षेत्र में गिरे, जिसे लेखकों ने कहा अवधि.

80 के दशक के मध्य में, जनरल। अवधिस्वतंत्र रूप से पृथक और दो प्रयोगशालाओं में वर्णित किया गया था - रॉकफेलर विश्वविद्यालय में माइकल यंग की प्रयोगशाला और ब्रैंडिस विश्वविद्यालय में, जहां रोसबाश और हॉल ने काम किया। भविष्य में, तीनों ने एक दूसरे के शोध के पूरक, इस विषय में रुचि नहीं खोई। वैज्ञानिकों ने पाया है कि "अतालता" के मस्तिष्क में जीन की एक सामान्य प्रतिलिपि की शुरूआत एक उत्परिवर्तन के साथ उड़ती है प्रति 0उनकी सर्कैडियन लय को पुनर्स्थापित करता है। आगे के अध्ययनों से पता चला है कि इस जीन की प्रतियों में वृद्धि से दैनिक चक्र छोटा हो जाता है, और उत्परिवर्तन जो प्रति प्रोटीन की गतिविधि में कमी की ओर ले जाते हैं, इसे लंबा कर देते हैं।

90 के दशक की शुरुआत में, यंग के कर्मचारियों को एक उत्परिवर्तन के साथ मक्खियाँ मिलीं कुसमय (टिम) टीआईएम प्रोटीन की पहचान ड्रोसोफिला सर्कैडियन रिदम के नियमन में प्रति भागीदार के रूप में की गई है। यह स्पष्ट किया जाना चाहिए कि यह प्रोटीन स्तनधारियों में काम नहीं करता है - इसका कार्य उपर्युक्त CRY द्वारा किया जाता है। PER-TIM जोड़ी मक्खियों में वही कार्य करती है जो PER-CRY जोड़ी मनुष्यों में करती है - मूल रूप से अपने स्वयं के प्रतिलेखन को दबाती है। अतालता उत्परिवर्ती का विश्लेषण जारी रखते हुए, हॉल और रोसबैश ने जीन पाया घड़ीऔर चक्र- बाद वाला BMAL1 कारक का एक माउस एनालॉग है और, CLOCK प्रोटीन के साथ मिलकर, जीन अभिव्यक्ति को सक्रिय करता है प्रतिऔर टिम. शोध के परिणामों के आधार पर, हॉल और रोसबाश ने उलटा नकारात्मक विनियमन का एक मॉडल प्रस्तावित किया, जिसे वर्तमान में स्वीकार किया जाता है।

सर्कैडियन रिदम के निर्माण में शामिल मुख्य प्रोटीन के अलावा, यंग की प्रयोगशाला में घड़ी की "फाइन ट्यूनिंग" के लिए एक जीन की खोज की गई थी - दोगुना समय(डीबीटी), जिसका उत्पाद प्रति और टीआईएम की गतिविधि को नियंत्रित करता है।

अलग से, यह CRY प्रोटीन की खोज का उल्लेख करने योग्य है, जो स्तनधारियों में TIM की जगह लेता है। ड्रोसोफिला में भी यह प्रोटीन होता है, और इसे विशेष रूप से मक्खियों पर वर्णित किया गया था। यह पता चला कि यदि मक्खियों को अंधेरे से पहले तेज रोशनी से रोशन किया जाता है, तो उनका सर्कैडियन चक्र थोड़ा बदल जाता है (जाहिर है, यह मनुष्यों में भी काम करता है)। हॉल और रोसबैश की टीम ने पाया कि टीआईएम प्रोटीन प्रकाश संवेदनशील है और एक छोटी रोशनी नाड़ी से भी तेजी से नष्ट हो जाता है। घटना के स्पष्टीकरण की तलाश में, वैज्ञानिकों ने एक उत्परिवर्तन की पहचान की है रोंदु बच्चा, जिसने प्रकाश प्रभाव को रद्द कर दिया। फ्लाई क्राई जीन का विस्तृत अध्ययन (से क्रिप्टोक्रोम) ने दिखाया कि यह उस समय पहले से ज्ञात पौधों के सर्कैडियन फोटोरिसेप्टर के समान है। यह पता चला कि सीआरवाई प्रोटीन प्रकाश को मानता है, टीआईएम से बांधता है और बाद के विनाश में योगदान देता है, इस प्रकार "जागृति" चरण को बढ़ाता है। स्तनधारियों में, CRY एक TIM के रूप में कार्य करता है और एक फोटोरिसेप्टर नहीं है, लेकिन चूहों में, CRY को बंद करना, मक्खियों की तरह, नींद-जागने के चक्र में एक चरण बदलाव का कारण बनता है।