Canlılar yaşam döngülerinde muntazam bir biyolojik ritme sahiptir. Bu biyolojik ritimlerin Nobel'e uzanan araştırma hikayelerini birlikte keşfe çıkalım!
Canlıların yaşam döngülerinde bir biyolojik ritimde oldukları uzun zamandır bilinmekte ve mekanizmaları araştırılmaktadır. Bu ritimler, periyot, sıklık, büyüklük ve faz gibi özellikler gösteren, tekrarlayıcı olaylar olarak tanımlanır. Bu tekrarlayıcı olaylarda döngüsel çevre şartlarının payı özellikle sosyal canlılarda çok büyüktür. Canlı dış ortamla ilişki içinde ve içinde bulunduğu ritim dış dünyadan etkileniyorsa bağlı (entrained) ritimde, dış dünyadan soyutlanmış ve laboratuvar ortamında kendi ritmini oluşturabiliyor ise serbest (free-running) ritimdedir.
Nobel kazandıran keşif: sirkadiyen ritim
Biyolojik ritimlerin düzenlenmesinde yer alan çevresel ipuçlarına "zeitgeber" (Almanca zeit=zaman geber=verici) veya "ritim verici" adı verilmektedir. Bu ritim verici faktörler arasında en önemlisi ışıktır. Ay, mevsimler, güneş durumu da önemli faktörler arasındadır.
Biyolojik ritimler döngü sürelerine göre 4 ana gruba ayrılır:
1. Ultradian Ritimler: Bir günde birden fazla döngüsü olan ritimlerdir. Nabız, solunum sayısı, mide hareketleri, yeme, içme, idrar çıkarma ve defekasyon, REM/non-REM uyku dönemleri ultradiyen ritimlere örnektir.
2. Sirkannular Ritimler: Yaklaşık bir yıl süren memeli hayvan doğum ve kuş göçleri gibi yıllık olayları kapsayan ritimlerdir.
3. İnfradiyen Ritimler: Döngü süresi haftalar veya aylar süren ritimlerdir. Kadınlardaki menstrual döngü ve erkeklerdeki 21-28 günlük testosteron salınım döngüsü yer alır.
4. Sirkadiyen Ritimler: Yaklaşık bir günü kapsayan ritimlerdir. (Latince circa: yaklaşık, diem: bir gün) Sirkadiyen ritim hem ışık ve beslenme gibi çevresel koşullardan etkilenmekte hem de endojen ritmisitededir. Jeffrey C. Hall, Michael Rosbasch ve Michael Young bu endojenik ritmi kontrol eden mekanizmaları keşfederek Nobel Ödülü sahibi oldular.
Gece boyunca hücre çekirdeğinde biriken per proteini çekirdeğe nasıl ulaşır?
Period geni etkin iken period mRNA'sı kodlanıyor, hücre sitoplazmasına taşınıyor ve PER proteini için bir kalıp vazifesi görüyor. Protein, çekirdekte birikip genin etkinliğini bloke ediyor. Bu da sirkadiyen ritmin engelleyici geri bildirimini oluşturuyor.
1994 yılında ise proteinin çekirdeğe ulaşım mekanizmasını Michael Young timeless adlı ikinci bir saat geniyle aydınlatıyor. Bu gen ritim için gerekli olan: PER ile bağlanan ve bu bağlanmayla PER'i çekirdeğe sürükleyen TIM proteinini sentezliyor.
Bu müthiş keşif PER proteinin birikimini geciktiren doubletime isimli gen ile kodlanan DBT proteini ile taçlandırılıyor. Bu protein de 24 saatlik döngüde artış ve azalışların hassaslığını gözler önüne seriyor.
Nobel'e layık görülen bu 3 bilim insanı temel mekanizmayı keşfedip ileriki yıllarda da başka bileşenleri ortaya koyup biyolojik ritim konusunda bizlere büyük bir aydınlatma yaşattılar. Genç bilim insanları içinse iyi birer örnek olup yeni bir araştırma sahası açtılar.
Nobel ödüllü bilim insanımız Aziz Sancar'ın "Nobel'i bu çalışmamdan alacağımı düşünmüştüm." dediği biyolojik saati gün ışığına bağlı düzenleyen ve kuşların göçünde de oldukça önemli olan ve retinadan beyne güneş ışığını algıladığına dair sinyaller gönderen cryptochrome proteini üzerinde çalışmış, bu çalışmaları evrim, kanser ve kemoterapi için bir umut olmuştur.