Экспериментально доказана теория о необходимости задержки в циркадных часах

Более 20 лет теоретические математические модели предсказывали, что в основе молекулярного механизма циркадных часов в клетках млекопитающих лежит задержка, встроенная в систему отрицательной обратной связи. Первое экспериментальное доказательство этой теории представила международная исследовательская группа под руководством молекулярных биологов и специалистов по информатике из Центра биологии развития RIKEN в Кобе.

Демонстрация задержки в обратной связи должна привести к лучшему пониманию работы клеточных часов и того, как млекопитающие адаптируются к регулярным суточным и сезонным изменениям окружающей среды. Эта работа также может открыть путь к разработке методов лечения циркадных расстройств, таких как сезонное аффективное расстройство, джетлаг и даже биполярное расстройство.

Молекулярный механизм часов

Мастер-часы, которые действуют как таймеры для суточных ритмов сна, температуры тела, секреции гормонов и других активностей, находятся в супрахиазматическом ядре мозга. Молекулярный механизм построен вокруг системы отрицательной обратной связи с участием генов криптохромов (Cry), которые кодируют белки, подавляющие собственную активацию, связываясь с продуктами двух других генов — Bmal1 и Clock.

Роль регуляторных элементов

Внутри регуляторных областей генов часов находятся короткие последовательности, часто называемые элементами, контролируемыми часами (clock-controlled elements). Разные элементы связываются с разными белками, преобладающими в разное время суток. Исследователи модифицировали эти последовательности и наблюдали влияние на циркадные ритмы клеток, сосредоточившись на гене Cry1.

Ключевые результаты

• Обнаружен ранее неизвестный элемент, контролируемый часами, в промоторе гена Cry1.
• Разные комбинации этих элементов приводили к разной длительности задержки активации Cry1.
• Экспериментально доказано, что эта задержка в активации Cry1 необходима для функционирования циркадных часов.

На основе этих данных исследователи предложили простую модель циркадных часов млекопитающих и планируют сконструировать её с использованием искусственных компонентов.