As descobertas sobre o relógio biológico premiadas com o Nobel de medicina

Três cientistas americanos se destacaram por descrever como o ciclo circadiano é regulado no nível celular

 

Não apenas humanos, mas outros seres vivos, como fungos, plantas e insetos, funcionam de acordo com um ciclo de mudanças físicas e comportamentais que duram 24 horas. Esse ciclo é pautado pela alternância entre luz e escuridão decorrente da rotação do planeta. Por isso, ele é chamado de “ciclo circadiano”, um nome originário das palavras latinas circa, que significa “ao redor”, e dies, ou “dia”. Popularmente ele é chamado de “relógio biológico”.

Na segunda-feira (2), a Assembleia do Nobel do Instituto Karolinska, uma entidade sueca responsável por premiar pesquisadores por contribuições particularmente relevantes à ciência, anunciou que os vencedores do Prêmio Nobel na área de medicina em 2017 são um trio de cientistas que deram na década de 1980 importantes passos para entender como o ciclo circadiano funciona no nível celular.

Os americanos Jeffrey Hall, Michael Rosbash e Michael Young descobriram naquela década um gene que produz uma das principais proteínas responsáveis por regular o ciclo. Atuando em alguns momentos como parceiros e em outros como competidores em uma espécie de corrida científica, eles continuaram a fornecer importantes contribuições para o que é hoje um efervescente campo de estudos chamado “biologia circadiana”.

Na postagem em que anunciou os vencedores do prêmio, a conta do Twitter do Prêmio Nobel incluiu um gráfico em inglês que mostra algumas das formas como a mente e o corpo humanos se modificam durante o dia — por exemplo: o pico de pressão sanguínea é atingido por volta de 18h, e as temperaturas corporais mais baixas, por volta de 3h.

 

O que os pesquisadores descobriram

‘Period’ e PER

Hall e Rosbash, pesquisando pela Universidade Brandeis em Boston, em parceria com Young, pela Universidade de Rockefeller em Nova York, isolaram na década de 1980 um gene chamado “period” em moscas Drosophila melanogaster, e descobriram que quando ele era neutralizado o ciclo circadiano deixava de funcionar.

Em 1984, o trio de cientistas descobriu que o period determina a produção da proteína PER no citoplasma da célula. Em seguida, o grupo se dividiu, mas os pesquisadores continuaram estudando esse mecanismo separadamente.

Hall e Rosbash descobriram que a proteína PER migrava de alguma forma do citoplasma para o núcleo da célula, onde se acumulava durante a noite e se degradava no decorrer do dia. A conclusão foi de que a quantidade de PER aumentava e diminuía em sincronia com o ciclo circadiano.

‘Timeless’ e TIM

A dupla levantou a hipótese de que níveis altos da proteína PER no núcleo da célula bloqueavam a ação do gene 'period', impedindo que a quantidade aumentasse ainda mais, em uma forma de autorregulação. Quando havia pouco PER, o gene 'period' voltava a funcionar, elevando novamente os níveis da proteína. Mas ainda não estava claro como as proteínas migravam do citoplasma para o núcleo da célula.

Em 1994, Young descobriu um segundo gene que influencia no ciclo circadiano. Chamado 'timeless', ele determina a produção da proteína TIM, que se liga à PER. Isso permite que essa proteína chegue ao núcleo celular, onde bloqueia a atividade do gene 'period'.

Outros genes

Posteriormente, Young descobriu que um outro gene chamado 'doubletime' e responsável pela produção da proteína DBT atrasava o ritmo de acumulação da proteína PER, o que contribuiu para elucidar como a oscilação dos níveis ocorria durante as 24 horas de um dia.

No decorrer dos anos, os três cientistas continuaram encontrando outras proteínas que são necessárias para que o gene 'period’ seja ativado, assim como o mecanismo pelo qual a luz contribui para sincronizar essa espécie de relógio interno.

O ciclo circadiano e a saúde

Um dos primeiros pesquisadores a descrever a existência de uma espécie de “relógio” interno que regula as atividades dos seres vivos foi o astrônomo Jean Jacques d’Ortous de Mairan no século 18. Ele observou que plantas do gênero Mimosa se abriam voltadas para o sol durante a luz do dia e se fechavam à noite. Em seguida, ele deixou as plantas no escuro, e descobriu que o mesmo processo ocorria em um ciclo de 24 horas.

Isso indicava a existência de uma regulação interna que não dependia exclusivamente da luz. Posteriormente, esse ciclo foi identificado em diversos outros seres vivos, mas as contribuições de Hall, Rosbash e Young foram essenciais para entender os detalhes de como isso ocorre.

Entender o ciclo circadiano tem se mostrado, no entanto, algo importante para a medicina. No corpo humano, esse ciclo influencia fatores como a liberação de hormônios, a temperatura corporal e os horários de acordar e dormir.

Pesquisas apontam uma associação entre problemas como diabetes, depressão e obesidade a ciclos circadianos mal-regulados. Essa má regulação pode ser impulsionada por comportamentos comuns na vida moderna.

Um exemplo é o jet lag, que é o descompasso entre esse ciclo do corpo e o horário do dia, causado pela migração rápida entre um fuso-horário e outro. Isso se tornou mais comum a partir do século 20, com a aviação comercial.

Além disso, a existência da luz elétrica permite a realização de atividades até tarde, como trabalhar madrugada adentro, o que pode mudar abruptamente a rotina de sono.

A tecnologia também contribui para que se durma mais tarde do que o normal no final de semana, o que faz com que o corpo precise se reajustar aos horários da rotina de trabalho na segunda-feira. Esse efeito similar ao jet lag causado pela aviação tem sido chamado de “jet lag social”.

Em entrevista ao jornal britânico The Guardian, Rosbash, que hoje tem 73 anos, afirmou que recebeu por telefone a notícia de que havia ganhado o Nobel, no que respondeu: “Você está brincando”. Aos 72, Hall teria respondido: “Isso é uma pegadinha?”.

Os prêmios Nobel de física, química, literatura e paz também devem ser anunciados nesta semana e o de economia, no dia 9 de outubro.

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