لوگوی جشنواره وب و موبایل ایران بیونت

قطعه نهایی از پازل ساعت بیولوژیک بدن یافت شد

محققان دانشکده پزشکی UNC کشف کردند که چگونه دو ژن "Period و Cryptochrome" ساعت بیولوژیک بدن را در تمام سلول های انسانی به صورت دقیق و با ریتم مناسب بین ۲۴ ساعت در شبانه روز تنظیم می کنند. این یافته که در مجله Genes and Development به چاپ رسیده است کاربرد هایی در زمینه های تولید دارو برای بیماری های مختلف مانند سرطان ها، دیابت و شرایطی مانند سندرم متابولیک، بی خوابی، مشکلات ناشی از فصل ها، چاقی و حتی بهم ریختن ساعت خواب ناشی از پرواز های طولانی مدت دارد.

دکتر Aziz Sancar می گوید:

" کشف چگونگی برهمکنش ژن های ساعت بیولوژیک مدت زیادی طول کشید. ما برای مدتی است که می دانیم چهار پروتئین ایجاد ریتم روزانه می کنند اما چگونگی عملکرد آنها نامشخص بود. اکنون می دانیم که چگونه این ساعت در سلول ها شروع مجدد دارد. در نتیجه اکنون می توانیم حدس بزنیم هنگامی که این پروتئین ها را هدف دارو قرار دهیم چه اتفاقی خواهد افتاد."

در تمام سلول های انسانی چهار ژن (Cryptochrome، Period ، CLOCK و BMAL1) وجود دارند که با یکدیگر برای کنترل تغییرات چرخه ای فیزیولوژی بدن مانند فشار خون، دمای بدن و دوره خواب، فعالیت می کنند. کنترل فیزیولوژی به وسیله این ژنها و با روش مشخص، کمک می کند تا ما برای روز آماده باشیم. این دوره، ساعت بیولوژیک بدن نامیده می شود. این ساعت ما را در ریتم مناسب فیزیولوژیک نگه می دارد. هنگامی که ما ۲۴ ساعت روز را تغییر می دهیم، مانند وقتی که ۷ ساعت پرواز داشته باشیم، ساعت بیولوژیک ما دچار مشکل می شود. مدتی طول می کشد تا ژن ها و پروتئین ها بتوانند دوباره خود را با ساعت جدید سازگار سازند. برهم ریختن ساعت خواب بر اثر پرواز طولانی منجر به تنظیم مجدد سلول های ما نسبت به محیط جدید و ساعت آغاز روز خواهد شد.

پیش از این دانشمندان متوجه شده بودند که CLOCK و BMAL1 به صورت متوالی برای شروع ساعت بیولوژیک عمل می کنند. پروتئین های حاصل از این ژن ها به دیگر ژن ها متصل شده و بیان آنها را تحریک می کنند. این فرآیند باعث می شود سلول های بدن ( به عنوان مثال مغز) در شروع روز به گونه ای که به آنها نیاز داریم فعال شوند.

پروتئین های حاصل از CLOCK و BMAL1 به طور اختصاصی به ژن های دیگری به نام Period و Cryptochrome متصل شده و آنها را روشن می کنند تا بیان داشته باشند. در مقابل این پروتئین های جدید پس از تغییرات متعدد فعالیت CLOCK و BMAL1 را مهار می کنند. در نتیجه پروتئین های CLOCK و BMAL1 از بین رفته و ساعت بیولوژیک مجددا راه اندازی می شود.

دکتر Sancar که کاشف Cryptochrome در سال ۱۹۹۸ می باشد می افزاید:

" این یک چرخه بازخورد است. جریان مهار، ۲۴ ساعت به طول می انجامد. در نتیجه این مهار فعالیت ژن ها در طول روز افزایش یافته و سپس کاهش می یابد."

اما دانشمندان نمی دانستند که چگونه این مهار ژنی و تخریب پروتئینی اتفاق می افتد. طی آزمایشی که در آن با استفاده از یک ترکیب، Cryptochrome مهار شده و با ترکیب دیگری Period غیر فعال می شد، دانشمندان تاثیر ناقصی بر روی ساعت بیولوژیک مشاهده کردند که نشان می داد Cryptochrome و Period نقش یکسانی ندارند. دکتر Sancar که علاوه بر ساعت بیولوژیک بر روی ترمیم DNA نیز مطالعاتی انجام داده بود فکر کرد که شاید این دو ژن عملکرد مکمل داشته باشند و گروه او شروع به آزمایشاتی کرد تا به این واقعیت پی ببرد.

دکتر Chris Selby از دو تکنیک متفاوت ژنتیکی برای تولید اولین رده سلولی موجود در جهان که فاقد هر دو ژن Cryptochrome و Period بود استفاده کرد. سپس دکتر Rui Ye، ژن Period را مجددا در سلول های جهش یافته فعال کرد اما Period به تنهایی CLOCK-BMAL1 را مهار نمی کرد. در واقع این پروتئین هیچ فعالیتی در داخل سلول نداشت.

پس از آن دکتر Ye، ژن Cryptochrome را به تنهایی فعال کرد. او متوجه شد که Cryptochrome نه تنها CLOCK-BMAL1 را مهار نمی کند بلکه به طرز نا مشخصی آنها را وادار به فعالیت می کند. دکتر Sancar می گوید:

" در این آزمایش پروتئین Cryptochrome تنها تولید شده و تخریب نمی شد در نتیجه ساعت بیولوژیک راه اندازی مجددی نداشت."

به عنوان آزمایش نهایی این گروه Period را به سلول هایی که دارای Cryptochrome بودند افزودند. هنگامی که پروتئین Period شروع به تجمع درون سلول کرد، Cryptochrome نیز از بین رفته و CLOCK و BMAL1 نیز غیر فعال می شدند. این کار باعث شروع مجدد ساعت بیولوژیک بدن در ۲۴ ساعت شد.

دکتر Sancar می گوید:

" کاری که ما انجام دادیم روشن ساخت که ساعت بیولوژیک بدن چگونه کار می کند. اکنون اگر ما به دنبال داروهایی برای هدف قرار دادن این پروتئین ها باشیم انتظار داریم نتایج مختلفی را ببینیم و دلیل این امر را هم می دانیم. برای درمان بیماری ها و شرایط مختلف مجبور بودیم بدانیم که این ساعت چگونه کار می کند."

پیش از این تحقیق و در سال ۲۰۱۰ گروه Sancar کشف کرده بودند که سطح آنزیمی به نام XPA به صورت متقارن با ساعت بیولوژیک بدن کم و زیاد می شود. این گروه پیشنهاد کرده بود که شیمی درمانی هنگامی که این پروتئین در پایینترین سطح خود قرار دارد بهترین پاسخ را می دهد که برای انسان ها این زمان در انتهای شب است.

دکتر Sancar می افزاید:

" این بدان معنی است که ترمیم DNA به وسیله ساعت بیولوژیک بدن کنترل می شود. این یافته همچنین بدین معنی است که می توان در سرطان ساعت بیولوژیک را هدف دارویی قرار داد تا به تاثیر پذیری دیگر دارو ها کمک کند."

منبع: Genes and Development

  • نویسنده : سامان میلانی زاده
  • تاریخ انتشار : ۲۹-۰۷-۹۳