Yeryüzü’nde yaşam, gezegenimizin dönüşüne ayak uydurur. Uzun yıllardır biliyoruz ki aralarında insanların da olduğu canlı organizmaların içinde biyolojik bir saat vardır ve bu saat günün normal ritmini önceden kestirir ve fizyolojimizin buna uyum sağlamasına yardımcı olur.
Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash ve Michael W. Young biyolojik saatin içinde olup bitenlere göz atarak nasıl çalıştığını tespit edebildi. Bu keşif, bitkilerin, hayvanların ve insanların biyolojik ritme nasıl ayak uydurduğunu ve Dünya’nın dönüşü ile eşgüdümü nasıl sağladığını açıklıyor.
Model organizma olarak meyve sineklerini kullanan üçlü, günlük normal biyolojik ritmi kontrol altında tutan geni ayrıştırmayı başardı. Bu genin geceleri hücre içinde biriken bir proteini kodladığını ve gün içinde azaldığını ortaya çıkarttılar. Daha sonra, bu mekanizmanın ilave protein bileşenlerini tespit ederek hücre içinde saat gibi çalışan mekanizmayı neyin yönettiğini buldular.
Kusursuz bir hassasiyetle çalışan iç saatimiz, günün farklı saatlerine fizyolojimizin uyum sağlamasına yol açar. Bu saat, davranış, hormon düzeyleri, uyku, vücut sıcaklığı ve metabolizma gibi kritik işlevleri düzenler. Dış çevremiz ile bu iç biyolojik saat arasında geçici bir uyumsuzluk olduğunda sağlığımız bozulur. Örneğin yolculuk sırasında birkaç saat dilimini aştığımız zaman “jet lag” dediğimiz durum ortaya çıkar. Ayrıca yaşam tarzımız ile iç saatimizin yönetimindeki ritim arasında kronik bir uyumsuzluk baş gösterirse çeşitli hastalıkların ortaya çıkma olasılığı artar.
İçimizde tıkır tıkır işleyen saat
Canlı organizmaların pek çoğu çevrelerindeki günlük değişikliklere uyum sağlar. 18. yüzyılda astronom Jean Jacques d’Ortous de Mairan mimoza bitkisini inceledi ve yapraklarının gün içinde açık kaldığını ve hava kararmaya başlayınca kapandığını keşfetti. Bitkinin sürekli karanlıkta kalması durumunda ne olacağını merak eden de Mairan gün ışığından bağımsız olarak yaprakların günlük düzenini sürdürdüğünü gördü. Bu da bitkilerin kendi biyolojik saatleri olduğunun bir göstergesiydi.
Diğer bilim insanları yalnızca bitkilerin değil, hayvan ve insanların da biyolojik saatlerini olduğunu ve bu saatin gün içindeki dalgalanmalara fizyolojimizi hazırladığını buldu. Bu düzenli uyuma Latince circadianrhythm adı verildi. Latince circa “çevre-etraf”, dies ise “gün” anlamına gelir. Ancak bu saatin nasıl çalıştığı bilinmiyordu.
Saat geninin tespiti
1970’li yıllarda Seymour Benzer ve öğrencisi Ronald Konopka meyve sineklerinde sirkadiyen ritmini kontrol eden genleri tespit etmeye çalıştılar. Sineklerin bilinmeyen bir genindeki mutasyonun sirkadiyen saatlerini bozduğunu ortaya çıkarttılar. Bu gene “period-dönem” adını verdiler. Peki, ama bu gen sirkadiyen ritmi nasıl etkiliyordu?
2017'de Nobel’e hak kazanan bilim insanları da meyve sinekleri üzerinde çalışıyorlardı. Hedefleri saatin aslında nasıl çalıştığını bulmaktı. 1984’te Jeffrey Hall ve Michael Rosbash Brandeis Üniversitesi’nde, Michael Young ise Rockefeller Üniversitesi’nde işbirliği içinde çalışarak period genini ayrıştırmayı başardılar. Jeffrey Hall ve Michael Rosbash PER proteinini keşfetti. PER, period geninin kodladığı protein idi. Bu protein geceleri hücre içinde birikim yapıyor, gündüzleri ise miktarında azalma oluyordu. Böylece PER protein düzeyi 24 saatlik bir döngüde, sikadiyen ritmi ile eşgüdüm içinde dalgalanmalar gösteriyordu.
Mekanizma nasıl çalışıyor?
Bir sonraki hedefleri sirkadiyen salınımlarının nasıl oluştuğunun ve devamlılık sağladığının ortaya çıkartılması idi. Jeffrey Hall ve Michael Rosbash PER proteininin period geninin faaliyetlerini engellediğini varsayıyordu. PER’in bunu engellemek için genetik malzemenin yer aldığı hücre çekirdeğine ulaşması gerekiyordu. Jeffrey Hall ve Michael Rosbash PER proteininin geceleri çekirdekte biriktiğini keşfetti. Peki ama protein oraya nasıl ulaşıyordu? 1994’te Michael Young ikinci bir saat geni buldu ve adını “timeless-zamansız” koydu. Bu gen TIM denilen proteini salgılıyordu. TIM proteini normal sirkadiyen ritmi için gerekliydi. Young’a göre TIM, PER’e bağlandığı zaman iki protein hücre çekirdeğine ulaşıyor ve döngüyü kapatmak için period gen aktivitesini bloke ediyordu.
Paradigma değiştiren bu keşifler biyolojik saatin çalışma ilkelerini ortaya çıkartıyor. Biyolojik saat karmaşık fizyolojimizin pek çok yönüyle yakından ilgilidir. Çünkü genlerimizin büyük bir kısmı biyolojik saat tarafından düzenleniyor ve sonuç olarak fizyolojimiz günün farklı evrelerine mükemmel uyum sağlıyor.
Derleyen: Reyhan Oksay
Bu yazı HBT'nin 80. sayısında yayınlanmıştır.
