Циркадные ритмы: не один дирижёр, а целый оркестр

Смена на ночную работу приводит к резкому набору веса, а пробуждение в 7 утра в будни и до полудня в выходные ("социальный джетлаг") вызывает ощущение тумана в голове на выходных.

Жизнь подчиняется ритмам, управляемым циркадными часами, а их нарушение связано с серьёзными физическими и эмоциональными проблемами, говорит Ори Шафер, доцент молекулярной, клеточной и биологии развития Мичиганского университета.

Новое исследование Шафера и аспиранта Цзэпэна Яо ставит под сомнение общепринятую модель организации наших биологических часов. Их работа предполагает, что взаимодействия между нейронами, управляющими циркадными ритмами, сложнее, чем считалось.

Эксперимент на плодовых мушках

Яо и Шафер изучили сеть циркадных часов у плодовых мушек (Drosophila), которая функционально похожа на сеть млекопитающих, но гораздо проще (всего 150 нейронов).

Ранее учёные полагали, что главная группа из восьми "часовых" нейронов выступает в роли водителя ритма для остальных 142 нейронов — подобно дирижёру, ведущему оркестр. Считалось, что этот же принцип применим и к млекопитающим.

Оркестр перестал слушать дирижёра

Взаимодействия между часовыми нейронами определяют силу и скорость циркадных ритмов. Исследователи генетически изменили скорость хода часов только у группы из восьми главных нейронов-водителей, чтобы проверить, насколько хорошо "дирижёр" управляет "оркестром".

Оказалось, что без внешних сигналов (света/темноты) оркестр следовал за дирижёром не так чётко, как предполагалось.

• Некоторые мушки полностью теряли чувство времени.
• Другие одновременно демонстрировали два разных цикла сна: один следовал ритму группы из восьми нейронов, а другой — ритму какого-то другого набора нейронов.

Выводы и значение

"Это показывает, что вместо того, чтобы весь оркестр следовал за одним дирижёром, часть оркестра слушает другого дирижёра или не слушает вообще", — заявил Шафер.

Полученные данные свидетельствуют, что сеть часов состоит из множества независимых "часов", каждый из которых управляет ритмами активности. Шафер и Яо предполагают, что аналогичная организация будет обнаружена и у млекопитающих.

"Лучшее понимание механизмов циркадных часов будет критически важным для попыток смягчить негативные эффекты, связанные с нарушениями циркадных ритмов", — говорит Яо.

Нарушение циркадных ритмов из-за сменной работы связано с диабетом, ожирением, стрессом, болезнями сердца, аффективными расстройствами и раком. Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицировало сменную работу, нарушающую циркадные ритмы, как канцероген для человека, равный по опасности вызывающему рак ультрафиолетовому излучению.