Расшифровка циркадных часов в реальном времени

Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего и их коллеги добились прогресса в понимании циркадных часов — 24-часового цикла, синхронизирующегося со светом и темнотой.

Два года назад исследователи впервые собрали циркадные часы in vitro (в пробирке), чтобы изучить компоненты их ритмов. Новая работа расширила эту основу: был разработан метод изучения синхронизации часов с окружающей средой в реальном времени. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Исследование на цианобактериях

Постдок Минсю Фан и профессор Сьюзан Голден изучали одноклеточную цианобактерию, чьи циркадные часы функционально схожи с человеческими. Они использовали систему In Vitro Clock, чтобы изучить молекулярный уровень сброса часов (аналогично смене часовых поясов у человека). Новый высокопроизводительный метод позволил отслеживать результаты немедленно, а не собирать образцы непрерывно в течение 3–4 дней.

Ключевое открытие о киназах

Важнейшее открытие касается компонентов часов, отвечающих за передачу ритма от основного осциллятора (ядра часов) к экспрессии генов. Исследователи обнаружили, что киназы — ферменты, которые ритмично модифицируют регулятор для генерации циркадной экспрессии генов, — также играют решающую роль в самом механизме работы часов.

"Мы теперь обнаружили, что киназы, которые ранее считались просто выходными компонентами, на самом деле являются частью целых часов", — сказал Минсю Фан.

Это открытие аналогично эффекту наблюдателя в физике: акт наблюдения влияет на наблюдаемую систему. Киназы, получая информацию о времени от осциллятора через физическое взаимодействие, одновременно влияют на само ядро.

"Киназы должны спросить у основного осциллятора, который час, через физическое взаимодействие, и таким образом они влияют на ядро ощутимым образом. Это часть их естественной функции, и теперь мы видим, что они стали частью механизма", — пояснила Сьюзан Голден.

"Шестерёнки" и "стрелки" часов

Для правильной работы циркадных часов необходимы две киназы. В циркадной биологии основной осциллятор часто называют "шестерёнками" часов, а две киназы — "стрелками".

"Теперь мы знаем, что стрелки часов на самом деле являются частью механизма отсчета времени. Если у вас нет обеих стрелок, они не устанавливают время правильно, потому что одна из них стабилизирует, а другая нарушает сигнал сброса, и нужны обе", — сказала Голден.

Авторы исследования в PNAS: Mingxu Fang, Archana Chavan, Andy LiWang и Susan Golden.