Циркадные ритмы у водорослей и грибов: больше, чем просто гены

Как и у людей, физиология грибов, водорослей и цианобактерий подчиняется примерно 24-часовому циклу (циркадному ритму) даже в отсутствие внешних сигналов. Этот внутренний "часы" определяет время биологически выгодных процессов, от сна до клеточного метаболизма.

Исследования традиционно фокусировались на том, как изменения в транскрибируемых генах приводят к колебаниям уровня белков в течение суток. Однако уникальные возможности EMSL (Environmental Molecular Sciences Laboratory, пользовательский центр Министерства энергетики США) позволили изучить эти процессы с беспрецедентной детализацией.

Исследование на грибе Neurospora crassa

Учёные Дженнифер Хёрли (Политехнический институт Ренсселера) и Джей Данлэп (медицинская школа Дартмута) исследовали протеом (полный набор белков) гриба Neurospora crassa, важного для производства биотоплива.

  • Метод: Анализ белков с помощью масс-спектрометрии в EMSL (Эрика Зинк, Сэм Пёрвин) каждые 2 часа в течение 48 часов.
  • Ключевое открытие: Только 60% белков, уровень которых колебался в течение суток, соответствовали колебаниям в транскриптоме (наборе РНК). Для остальных 40% ритмичных белков соответствующие РНК не колебались.
  • Причина: Обнаружено, что скорость трансляции РНК в белки (а не деградация белков) сама подчиняется циркадному ритму. "В разное время суток клетки производят белки из РНК с разной скоростью", — поясняет Данлэп.

Это показало необходимость изучения именно протеома для понимания того, как циркадные часы регулируют метаболизм.

Неожиданный путь у водоросли Chlamydomonas reinhardtii

Биохимик Сабиха Мерчант (Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе) с коллегами изучала одноклеточную зелёную водоросль, также перспективную для биотоплива.

  • Метод: Синхронная культура клеток на 12-часовом световом цикле, анализ транскриптома и протеома.
  • Открытие: 85% генома водоросли экспрессировались по-разному в течение дня для координации роста перед делением.
  • Сюрприз в метаболизме: Ночью, в темноте, водоросль метаболизировала пируват не через дыхание (ожидаемый путь с участием кислорода для максимального получения энергии), а через брожение (как в мышцах при нехватке кислорода), несмотря на обилие O2.
  • Гипотезы: Возможно, скорость метаболизма важнее эффективности, или водоросль производит продукты брожения для cooperative взаимодействия с другими микробами.

Эти детальные наборы протеомных и транскриптомных данных станут ценным ресурсом для изучения того, как циркадные часы координируют жизненно важные метаболические пути.