Успешная репликация ДНК у цианобактерий зависит от циркадных ритмов

Новое исследование Чикагского университета показало, что фотосинтезирующая бактерия Synechococcus elongatus использует циркадные часы для точного определения времени репликации ДНК. Нарушение этого ритма препятствует завершению репликации и оставляет хромосомы незавершёнными на ночь. Результаты, опубликованные 10 мая в Proceedings of the National Academy of the Sciences, важны для понимания того, как нарушенные циркадные ритмы влияют на здоровье человека.

Циркадные ритмы — это внутренние 24-часовые часы, которые есть у большинства организмов на Земле. Они регулируют множество биологических функций, включая циклы сна/бодрствования, выработку гормонов, пищеварение и температуру тела. У людей нарушения циркадного ритма (например, из-за сменной работы или частой смены часовых поясов) связаны с рядом проблем со здоровьем: ожирением, сердечно-сосудистыми и иммунными дисфункциями, расстройствами настроения и даже раком.

Механизм синхронизации

Исследователи предположили, что репликация ДНК, которая занимает 3–4 часа, требует «предсказания» будущего, чтобы завершиться в оптимальное время суток. Они изучили этот процесс у цианобактерий, используя флуоресцентную микроскопию в режиме реального времени, математическое моделирование, молекулярную генетику и биохимические подходы.

Ключевые результаты:

• Циркадные часы создают ритмы репликации ДНК даже в отсутствие внешних сигналов (например, смены дня и ночи).
• Репликация обычно начинается, когда внутренние часы указывают на утро, и подавляется, когда они предсказывают наступление ночи.
• Если внутренние часы предсказывают утро, но внешняя среда неожиданно становится тёмной (например, наступает ночь), начатая репликация не может завершиться. Репликационный комплекс разбирается, и клетки остаются с незавершёнными хромосомами.

Значение и перспективы

Это открытие поднимает новые вопросы: что происходит с незавершёнными хромосомами? Приводит ли это к мутациям? Возможно, избегание повреждений ДНК было ключевым драйвером эволюции циркадных часов у разных видов.

Для человека, живущего в окружении искусственного света, эти результаты могут объяснять, почему масштабные нарушения ритмов так вредны. Учёные планируют выяснить, приводит ли сбой в завершении репликации ДНК к мутациям и геномной нестабильности, что может быть одним из молекулярных механизмов негативного влияния «сбитых» часов на здоровье.