Nobel Tıp 2017 Ödülü: Biyolojik saatimiz nasıl çalışıyor?

Uzun yıllardır, insanlar da dahil olmak üzere canlı organizmaların, 24 saatlik bir güne adapte olabilmelerine yardımcı olan içsel, biyolojik bir saatin var olduğu biliniyordu. Ama bu içsel saatin moleküler düzeyde nasıl işlediği bilinmiyordu.

Karoliska Enstitüsü Nobel Kurulu, dün tıp alanındaki 2017 Nobel Tıp Ödülü sahiplerini açıkladı. Bu ödüller, sirkadiyen ritmin moleküler çaptaki kontrol mekanizmalarını keşfeden Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash ve Michael W. Young’a verildi.

Medimagazin’de yer alan haber, Nobel Ödüllü bu üç bilim insanının 24 saatlik biyolojik ritmin işleyişini nasıl aydınlattıklarını anlatıyor.

Buna göre, meyve sineği ya da sirke sineği olarak adlandırılan sinek türü üzerinde çalışarak normal günlük biyolojik ritmi kontrol eden bir geni ayrıştırmayı başaran 2017 Nobel Ödüllü üç bilim insanı, bu genin gece boyunca hücrede biriken ve gündüz de çözünen bir proteini kodladığını gösterdi. Daha sonra, bu genden kodlanan başka protein bileşenleri de tespit eden bilim insanları, böylece hücrelerin kendi içinde biyolojik saati nasıl işlettiğini açığa çıkardı.

İÇ SAATİMİZ NASIL ÇALIŞIYOR?

İç saatimiz fizyolojimizi büyük bir hassasiyetle günün önemli safhalarına göre uyarlar; davranış, hormon seviyeleri, uyku, vücut ısısı ve metabolizma gibi kritik fonksiyonları düzenler. Dış çevre ile bu iç biyolojik saat arasında geçici bir uyumsuzluk doğduğunda, mesela uzak bir yere seyahat edip “jet lag” yaşadığımızda sağlığımız olumsuz etkilenir ve yaşam tarzımızla iç saatimiz arasında bir uyumsuzluk doğacak olursa çeşitli hastalıklar için risk oranı artar.

ÖNCE BİTKİLERİN BİYOLOJİK SAATİ İNCELENDİ

Çoğu canlı organizma, çevredeki günlük değişimleri öngörür ve buna uyum sağlar. Gökbilimci Jean Jacques d'Ortous de Mairan, 18. yüzyılda mimosa bitkilerini gözlemlemiş ve yapraklarının gündüz güneşe doğru açıldığını ve akşam karanlığında kapandığını keşfetmişti. Bitkinin sürekli karanlıkta kaldığında nasıl davranacağını merak eden Mairan, güneş ışığına maruz kalmasalar bile yaprakların normal günlük alışkanlıklarına devam ettiğini gördü. Bu da bitkilerin kendi biyolojik saatine sahip olduğunu açıkça gösteriyordu. Diğer araştırmacılar, yalnızca bitkiler değil, aynı zamanda hayvanların ve insanların da fizyolojisini günlük değişim dalgalanmalarına adapte etmeye yardımcı olan bir biyolojik saatin varlığını keşfetti. Ancak sadece iç biyolojik saatimizin nasıl işlediği gizemli kaldı.

SAAT GENİNİN AYIRT EDİLMESİ

Seymour Benzer ve öğrencisi Ronald Konopka 1970’li yıllarda sirkesineklerinde biyolojik saati kontrol eden genlerin ayrıştırılması için çalıştı ve bilinmeyen bir gendeki mutasyonun sineklerdeki biyolojik saati bozduğunu gösterdi. Benzer ve öğrencisi bu geni “period” olarak adlandırdı, fakat bu genin biyolojik saati nasıl etkilediği çözülemedi.

PER PROTEİNLERİ 24 SAATLİK BİR DÖNGÜYLE BİYOLOJİK SAATİ KOORDİNE EDİYOR

Bu yılki Nobel Tıp Ödülü sahipleri, yine sirkesinekleri üzerinde çalışarak bu biyolojik saatin nasıl çalıştığını keşfetmeyi amaçladı. Jeffrey Hall ve Michael Rosbash, “period” genini diğerlerinden izole etmeyi başardı ve sonra bu gen tarafından kodlanan “PER” adlı proteini keşfetti. Keşfettikleri bu protein, gece boyunca periodgeni tarafından kodlanarak hücrede birikiyor ve gündüzleri çözünüyordu. Böylece, PER proteinlerinin 24 saatlik bir döngüyle biyolojik saati koordine ettiği ortaya çıkmış oldu.

KENDİ KENDİNİ DÜZENLEYEN BİR SAAT MEKANİZMASI

Sonraki hedef ise, gün içindeki bu sirkadiyen salınımların nasıl oluşturulduğunun ve devam ettirildiğinin, yani genin ne zaman üretmesi ne zaman durması gerektiğini nasıl bildiğinin  anlaşılmasıydı. Jeffrey Hall ve Michael Rosbash şöyle bir hipotez üretti: PER proteinleri belli bir seviyeye ulaştıklarında period geni aktivitesini durduruyordu, yani bir geridönüt sistemi dahilinde kendi sentezini kendi düzenleyerek döngüsel ritmin devamını sağlıyordu.

Bu hipoteze daha detaylı bakacak olursak, period geni aktif olduğunda Mesajcı RNA’ları(mRNA) yani sentezlenecek proteinin kimyasal şifresine karşılık gelen molekülleri üretmesi gerekir. Bu mesajcı RNA’lar, hücrenin sitoplazmasına taşınır ve PER proteininin kalıp halinde üretimini sağlar. PER proteinleri, aynı zamanda periodgeninin aktivitesini de kontrol eden hücrenin çekirdeğinde birikir. Protein birikimi artınca çekirdekten period genine üretimi durdurucu bir geridönüt gider.

PROTEİNLER ÇEKİRDEĞE NASIL GİRİYOR?

Bu model ne kadar cezbedici olsa da eksik kalan bazı parçalar vardı. Mesela periodgenin aktivitesinin durdurulabilmesi için, sitoplazmada üretilen PER geninin genetik materyallerin barındığı çekirdeğe ulaşması gerekiyor. Peki bu nasıl gerçekleşiyor? Bu soruya da cevap bu yılki Nobel Tıp Ödülü’nün üçüncü sahibinden geliyor.

Michael Young 1994’te “timeless” adını verdiği ikinci bir gen keşfetti. Bu “timeless” geni TIM adında bir proteini üretiyordu ki bu protein sirkadiyen saatte oldukça büyük bir rol oynuyordu. Young, bu proteinin PER proteiniyle bağlantılı çalıştığını, iki proteinin de hücre çekirdeğine girebilmesini ve period geninin aktivitesinin durdurulmasını sağladığını gösterdi.

PROTEİNLERİN SALINIM ARALIKLARI NASIL DÜZENLENİYOR?

Michael Young keşfettiği başka bir genle, “doubletime” ile DBT proteini üretilerek PER proteininin üretiminin ertelendiğini keşfetti ve böylece 24 saatlik bir döngü tam anlamıyla yakalanmış oluyordu.

İNSAN FİZYOLOJİSİNİ DÜZENLEYEN BİR SAAT

Bilim insanlarına göre, ortaya konulan çalışmalar biyolojik saatin bizim fizyolojimizdeki kompleks ve geniş etkilerini kanıtlıyor. Biyolojik saatlerimiz, günün farklı aşamalarına göre vücut içi döngülerimizi ayarlıyor ve uyku düzeni, beslenme davranışı, hormon salınımı, kan basıncı, vücut ısısı gibi birçok faktörü de düzenlememize yardımcı oluyor.