Aprili 21, 2000 - Watafiti wamebainisha sababu ya mabadiliko ya jeni ambayo hubadilisha saa ya kibaolojia ya hamster hadi siku ya saa 20 kutoka siku ya kawaida ya saa 24.
Katika toleo la Aprili 21, 2000 la jarida Science, Joseph S. Takahashi, mpelelezi wa Taasisi ya Tiba ya Howard Hughes katika Chuo Kikuu cha Northwestern, na wenzake wanaripoti kwamba wamegundua kimeng'enya kilichosimbwa na jeni ya tau, mabadiliko ya kwanza ya jeni moja ya circadian kugunduliwa kwa mamalia. Mnamo 1988, watafiti walielezea kwa mara ya kwanza jeni la tau katika hamster za Syria ambazo zilionyesha saa fupi kuliko ya kawaida ya kibaolojia.
"Tau mutant, kwa ubishani, imekuwa mojawapo ya miundo ya kijeni ya wanyama kwa ajili ya utafiti wa midundo ya circadian katika mamalia," alisema Takahashi. Kutambua chanzo cha mabadiliko ya tau huwapa watafiti zana mpya ya kuelewa saa za kibiolojia katika binadamu, pamoja na shabaha inayowezekana ya dawa zinazodhibiti saa ya kibiolojia.
"Kwa uundaji wa tau ugavi wa mabadiliko ya saa ya mamalia umechoka kwa sasa, lakini kuna shaka kidogo kwamba vipengele vingi muhimu vya saa za wanyama vimetambuliwa," anaandika Michael W. Young wa The Chuo Kikuu cha Rockefeller katika tahariri inayoonekana katika toleo sawa la Sayansi.
Saa nyingi za kibaolojia hufanya kazi kwa saa 24, au mzunguko wa mzunguko (Kilatini kwa "takriban siku"), mzunguko ambao unasimamia utendaji kama vile kulala na kuamka, kupumzika na shughuli, usawa wa maji, joto la mwili, utoaji wa moyo, matumizi ya oksijeni na usiri wa tezi za endocrine. Katika mamalia, sehemu kuu za saa ya circadian hupatikana katika seli za ubongo. Ndani ya seli hizi, viambajengo vya molekuli ya saa "hurudishwa" kila siku kwa athari za mwanga na vichocheo vingine.
Takahashi na wenzake wa Kaskazini-magharibi, Phillip L. Lowrey, Kazuhiro Shimomura, Marina P. Antoch, na Peter Zemenides, pamoja na Shin Yamazaki na Michael Menaker katika Chuo Kikuu cha Virginia, na Martin R. Ralph katika Chuo Kikuu cha Toronto., alitumia mbinu za kijeni na kibayolojia kupata kimeng'enya kilichobadilishwa na mabadiliko ya tau.
"Ugunduzi wa mabadiliko ya tau na Ralph na Menaker zaidi ya muongo mmoja uliopita ulikuwa muhimu sana kwa sababu ulikuwa ni mabadiliko ya kwanza yaliyoonyeshwa kubadilisha mdundo wa circadian kwa mamalia," alisema Takahashi. "Tatizo kubwa katika kutambua jeni lililosababisha mabadiliko haya ni kwamba lilipatikana katika hamster za Syria, ambazo hazikuwa miongoni mwa viumbe vya mfano vilivyoshughulikiwa katika Mradi wa Jeni la Binadamu." Kwa hivyo, Takahashi alisema, data ya maumbile na mbinu za uchambuzi zinazopatikana kwa masomo ya panya na wanadamu hazikupatikana kwa masomo ya hamster.
Ili kushinda vikwazo hivi, Takahashi na wenzake walitafuta kwanza kutambua aina ya hamster ya Syria ya mwitu ambayo ilikuwa tofauti kimaumbile na hamster nyingine zote za Syria waliokuwa utumwani. Hamster wa Syria walio utumwani ni watoto wa hamster waliokamatwa hapo awali mnamo 1929.
Mara tu walipopata aina ya hamster ya mwitu kutokana na kukamatwa kwa mara ya pili mwaka wa 1971, walitumia njia ya uondoaji wa kijeni inayoitwa uchanganuzi wa tofauti za uwakilishi ulioelekezwa kwa vinasaba kufanya ulinganisho wa kina wa aina mbili za hamster na watoto ambao ilitokana na misalaba kati ya aina hizo mbili.
Ulinganisho kama huu uliwawezesha watafiti kutambua sehemu mahususi za DNA zinazohusiana na locus ya tau. Kwa kutumia vipande hivi vya DNA, wanasayansi kisha walijitenga na mkusanyo wa jeni za hamster mlolongo mkubwa wa DNA ambao walilinganisha na jeni za panya na za binadamu. Ulinganisho huu ulionyesha kwamba misimbo ya jeni ya hamster tau ya CKIe (casein kinase I epsilon)- aina ya kimeng'enya ambacho hakijawahi kuhusishwa hapo awali na mitambo ya saa ya mzunguko wa mamalia.
Cha kufurahisha zaidi, hata hivyo, Michael W. Young na wafanyakazi wenzake katika Chuo Kikuu cha Rockefeller waligundua kuwa mabadiliko ya mara mbili ya Drosophila circadian pia yamesimbwa na casein kinase I ambayo inafanana zaidi na aina ya epsilon ya mamalia CKI.
"Matokeo yetu, kutoka kwa uchanganuzi wa uhusiano wa kijenetiki na uchanganuzi wa molekuli ya mabadiliko mahususi ya jeni, yanatoa ushahidi wa uhakika kwamba CKIe ni sehemu ya saa ya mamalia ya mzunguko wa sayari," alisema Takahashi.
Watafiti waliazimia kutafuta jinsi vibadilisho vya asidi moja ya amino katika CKIe vinaweza kufupisha mdundo wa circadian. Waligundua kuwa mabadiliko ya hila ya kimuundo yaliyoletwa na asidi ya amino mbadala yalibadilisha uwezo wa kimeng'enya kufanya kazi kama swichi ya kibayolojia. Mabadiliko hayo yalifanya kimeng'enya kuwa polepole katika kuwasha protini zinazozalishwa na jeni muhimu ya midundo ya circadian, iitwayo PERIOD, alisema Takahashi. Kupanda na kushuka mara kwa mara kwa protini hizi za circadian hudhibiti urefu wa kila mzunguko wa saa ya kibaolojia. Mabadiliko katika CKIe yanabadilisha vyema mdundo wa wanyama wa circadian kutoka saa 24 hadi 20.
Kulingana na Takahashi, ugunduzi wa dhima ya jeni ya CKIe katika midundo ya circadian inatoa fursa isiyo na kifani kwa kutengeneza dawa za kudhibiti saa ya kibiolojia kwa binadamu.
"Sasa tunajua kwamba kuna jeni tisa zinazosimamia midundo ya circadian, nane kati yake misimbo ya vipengele vya unukuzi wa DNA au vidhibiti vya unukuzi. CKIe ndiyo jeni pekee inayoweka misimbo ya kimeng'enya, ambacho ni rahisi zaidi kutumia kama kidhibiti. Dawa kama hizo zinaweza kubadilisha saa ya kibayolojia ya mtu, na hivyo kumwezesha mtu huyo kuzoea kwa urahisi mabadiliko ya ratiba kutokana na kazi ya usafiri au zamu, kwa mfano."
Ya kubahatisha zaidi, alisema Takahashi, ni wazo kwamba dawa zinazodhibiti midundo ya circadian zinaweza kutumika kutibu ugonjwa wa kuathiriwa wa msimu- mfadhaiko unaosababishwa na mwanga kidogo wa asili wakati wa msimu wa baridi- au magonjwa ya akili kama vile mfadhaiko wa akili ambao huonekana kuhusishwa na matatizo ya usingizi.
"Ugunduzi wa CKIe pia utaturuhusu kujifunza vipengele vya kinetic vya mfumo wa midundo ya circadian," aliongeza Takahashi. "Kwa sasa, tunaweza kuchora michoro hii nzuri ya jinsi mfumo unavyofanya kazi, lakini bado hatujui viwango vya mchakato huo. Sasa tuna CKIe kama kimeng'enya cha udhibiti kinacholengwa ambacho tunaweza kusoma zaidi kusoma kile kinachofanya. saa huenda kwa kasi au polepole kwa mamalia."
