Быстрая активация специфических генов подготавливает организм млекопитающих к сезонным изменениям
Исследователи из Центра биологии развития RIKEN (Кобе) и Университета Кинки (Осака) обнаружили гены, регулирующие фотопериодизм — сезонные реакции организмов на изменение продолжительности дня. Команда под руководством Ко-хэя Масумото и Хироки Р. Уэды из RIKEN также выяснила, как эти гены можно активировать в течение одного дня. Работа имеет значение для понимания сезонных расстройств у человека, таких как зимняя депрессия, и симптомов, связанных с биполярным расстройством.
Организмы изменяют функции тела и поведение в ответ на сезонные изменения среды. Измерение длины дня — очевидный способ определения времени года. Для этого тело использует внутренние циркадные часы, на фоне которых измеряет продолжительность и время света и темноты.
Команда отметила, что увеличение длины дня индуцирует активность гена тиреотропного гормона бета (TSHβ) в области pars tuberalis (PT) гипофиза. TSHβ играет ключевую роль в пути регуляции фотопериодизма у позвоночных. Однако детальный механизм, связывающий информацию о длине дня с индукцией выработки TSHβ, был неизвестен.
Масумото, Уэда и коллеги обнаружили гены, стимулирующие активность гена TSHβ у млекопитающих, наблюдая за активностью генов в PT мышей, чувствительных к фотопериоду, в условиях хронического «короткого дня» (8 часов света) и «длинного дня» (16 часов). Они идентифицировали 57 генов, стимулируемых короткими днями, и 246 генов (включая TSHβ), стимулируемых длинными днями.
Затем исследователи поместили мышей, находившихся в условиях хронического короткого дня, в режим длинного дня (выключив свет на 8 часов позже) и наблюдали, что для полной активации TSHβ потребовалось пять дней. Однако они смогли стимулировать полную активность TSHβ в течение одного 24-часового периода, если подвергали мышей короткой вспышке света в чувствительный «фотоиндуцибельный» период поздней ночью. Тридцать четыре других гена длинного дня реагировали аналогично, включая фактор транскрипции Eya3, который казался вероятным кандидатом на регуляцию активности TSHβ. В лабораторных исследованиях ученые определили, что Eya3 и его партнер по связыванию Six1 действительно действуют вместе, активируя TSHβ. Эта активность усиливается двумя другими генами — Tef и Hlf.
«Далее мы планируем идентифицировать ген, стоящий выше Eya3 в регуляторном каскаде, — говорит Уэда. — И мы также надеемся выяснить, почему фотоиндуцибельная фаза наступает поздней ночью».