KI-forskare: ”Cirkadisk rytm påverkar nästan alla funktioner i cellen”
Årets Nobelpris i fysiologi eller medicin handlar om sambandet mellan himlakroppars rörelser och molekylära svängningar i våra celler. Eller enklare uttryckt; om vår biologiska inre klocka, vår dygnsrytm.
– Nobelpriset i fysiologi eller medicin 2017 går till Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash och Michael W. Young för deras upptäckter av molekylära mekanismer som styr cirkadisk rytm, tillkännagav Nobelkommitténs sekreterare Thomas Perlmann på måndagens presskonferens på Karolinska Institutet. Han konstaterade att årets pris faktiskt på sätt och vis handlar om astronomi.
Jordens rotation runt sin egen axel, som ger upphov till dag och natt, är något som nästan alla organismer – däribland människan – behöver förhålla sig till. Förutsättningarna att överleva är kort sagt bättre för den som är vaken när det är lättast att hitta föda, och som drar sig undan när det är störst risk att bli attackerad.
Den inre klockan ett mysterium
Att både djur och växter har en dygnsrytm som styr beteendet har varit känt länge. Men hur den inre klockan egentligen fungerar var länge ett mysterium. Hall, Rosbash och Young belönas nu för att de har löst gåtan.
1984 lyckades de två forskargrupperna oberoende av varandra – Hall och Rosbash vid Brandeis University och Young vid Rockefeller University – isolera en gen, den så kallade period-genen, som styr dygnsrytmen.
Forskarna upptäckte att koncentrationen av proteinet som genen kodade för svängde i en 24-timmarscykel – högst på natten och lägst på dagen. Svängningarna uppstår genom att genen och proteinet tillsammans bildar en loop för negativ återkoppling: genen leder till att proteinet tillverkas – men proteinet leder till att genen blockeras. När koncentrationen av proteinet sjunker aktiveras genen på nytt och cirkeln sluts.
En andra viktig pusselbit kom ett decennium senare då Young upptäckte en annan gen, timeless, som visat sig nödvändig för att loopen ska uppstå. Därpå upptäckte Young även genen doubletime, som inverkar på loopens längd genom att fördröja ett av dess steg. Forskningen är från början gjord på bananflugor, men principerna har sedan visat sig stämma för många organismer, bland annat människa.
Årets Nobelpris otippat
Frågestunden blev ovanligt kort under presskonferensen och gav intrycket att årets pristagare var ett otippat val för medierna.
– Det är roligt att vi kan överraska, säger Anna Wedell, Nobelkommitténs ordförande, efter presskonferensen.
Hon konstaterar att Nobelpriset i fysiologi eller medicin i år verkligen är just ett fysiologipris.
– Det handlar om en fundamental upptäckt om hur vi är anpassade till att leva på den här planeten. De flesta livsformer använder den här klockan på något sätt - det är till exempel en stor evolutionär fördel att automatiskt förbereda sig på att gryningen snart ska komma, istället för att anpassa sig till att den nyss inträffat, säger hon
Tack vare årets pristagare förstår vi oss själva, och allt annat liv på jorden, lite bättre. Enligt Anna Wedell är cirkadisk biologi ett viktigt forskningsfält, som har expanderat kraftigt på senare år. En forskning som möjliggörs i stor utsträckning på grund av Halls, Rosbashs och Youngs upptäckter.
– Kliniska tillämpningar kan mycket väl bli verklighet så småningom. Idag handlar forskningen om cirkadisk biologi dels om att fortsätta kartlägga den inre klockans mekanismer i större detalj, dels att förstå hur vår omvärld och livsstil inverkar på denna klocka, säger Anna Wedell
Hon påpekar att vi idag vet mycket om dagsljusets påverkan, men saknar kunskaper om andra faktorer.
– Spelar det någon roll när på dygnet vi gör saker? Hur påverkar till exempel mattider vår ämnesomsättning och risk för övervikt? Det är frågor med hög aktualitet i vårt samhälle. Kanske kan vi lära oss hur vi med små medel kan må bättre genom att ta hänsyn till våra inre klockor.
Text: Anders Nilsson
Tre KI-forskare kommenterar årets Nobelpris
Anita Göndör, forskare vid institutionen för onkologi-patologi:
Vad tycker du om årets Nobelpris i fysiologi eller medicin?
– Det ger välförtjänt uppmärksamhet till ett viktigt men inte tillräckligt uppmärksammat forskningsområde. Med tanke på hur avgörande cirkadisk rytm är för så många av cellens funktioner så tycker jag det forskas allt för lite på området.
Du har själv forskning inom detta fält. Vad handlar den om?
– Vi började närma oss dessa frågor för 3 1/2 år sedan och sedan dess är vi fast! Bland annat har vi gjort grundforskning som visat hur gener som kontrolleras av den inre biologiska klockan styrs genom att generna placeras i olika fysiska miljöer i cellkärnan. Vi undersöker också hur cancerceller kan utnyttja systemet för sin egen vinning. I ett annat projekt vill vi ta reda på mer om hur rubbad cirkadisk rytm bidrar till olika hälsoeffekter vid polycystiskt ovariesyndrom, PCOS, en sjukdom som drabbar mellan 5-10 procent av alla fertila kvinnor.
Sandra Ceccatelli, professor vid institutionen för neurovetenskap:
Vad tycker du om årets Nobelpris i fysiologi eller medicin?
– Helt rätt och roligt men ganska oväntat. Upptäckten har lett till utvecklingen av ett stort och dynamiskt forskningsområde som har viktiga implikationer för vår hälsa och välbefinnande.
Du har själv forskning inom detta fält. Vad handlar den om?
– Vi har nyligen visat att möss som utvecklar ett depressionsliknande beteende och som inte blir bättre av behandling med det antidepressiva läkemedlet fluoxetin har en förändrad dygnsrytm. Långt innan de depressiva symptomen utvecklas, tappar de sin förmåga att anpassa sin aktivitet till ljus-och-mörkercykeln. För att undersöka om liknande förändringar även gäller för människor mäter vi nu rörelse hos patienter. Förhoppningen är att kunna använda förändringar i dygnsrytmen som en markör för hur patienten kommer att svara på antidepressiva läkemedel samt för att identifiera individer som löper risk att drabbas av depression.
Gabriella Lundkvist, forskare anknuten till institutionen för neurovetenskap och vetenskaplig samordnare vid Max Planck Institute for Biology of Ageing i Tyskland:
Vad tycker du om årets Nobelpris i fysiologi eller medicin?
– Det är mycket välförtjänt. Nu hoppas jag att alla forskare inom detta fält får en skjuts och att det leder till ökad förståelse för hur viktig denna forskning är.
Du har själv forskning inom detta fält. Vad handlar den om?
– Jag har gjort studier på den molekylära klockan hos personer med schizofreni, och just nu har jag och mina kollegor på Huddinge en pågående studie på personer med bipolär sjukdom, där vi undersöker hur sjukdomsrelaterade dygns- och sömnstörningar hänger ihop med rubbad cirkadisk rytm. Men det är fortfarande mycket kring detta som vi inte förstår, till exempel de exakta mekanismerna bakom. Tillsammans med Andrea Carmine Belin studerar vi också sambandet mellan den cirkadiska klockan och Horton's sjukdom. Vidare har vi med Barbara Canlon upptäckt klockan i örat och studerat dygnsrytmen hos en viss typ av hörselceller. Resultaten skulle kunna ge en förklaring till varför känsligheten för hörselskador varierar över dygnet.
Text, 3 forskarintervjuer: Cecilia Odlind