Биологи обнаружили роль электрической активности в работе биологических часов

Учёные из Нью-Йоркского университета выявили новые механизмы, с помощью которых нейроны наших биологических часов используют электрическую активность для поддержания поведенческих ритмов. Результаты, опубликованные в журнале Current Biology, также указывают новые направления для изучения расстройств сна.

"Этот процесс помогает объяснить, как наши биологические часы сохраняют такую удивительную точность", — отметил Джастин Блау, доцент биологии NYU и соавтор исследования.

По его словам, работа открывает новые пути для поиска методов лечения нарушений сна, поскольку выявляет компоненты биологических часов, которые "могут быть особенно чувствительны к лечению или изменениям в разное время суток".

В предыдущем исследовании Блау и его коллеги обнаружили, что ритмы экспрессии калиевого канала (Ir) помогают связать биологические часы с активностью пейсмейкерных нейронов. Однако Ir не является простым выходным сигналом часов — он также участвует в обратной связи, регулирующей ядро часового механизма. В новой работе учёные стремились понять природу этой обратной связи.

Исследователи изучали циркадные часы плодовых мушек Drosophila, которые часто используются в этой области. Манипулируя нейрональной активностью пейсмейкерных нейронов, они показали, что изменения в электрической активности часовых нейронов приводят к значительным сдвигам в экспрессии циркадных генов.

• При увеличении электрической активности вечером, когда часовые нейроны обычно малоактивны, профиль экспрессии генов в них смещался к утреннему типу.
• И наоборот, снижение активности утром сдвигало экспрессию генов к вечернему профилю.

Таким образом, электрическое состояние часового нейрона может кардинально влиять на циркадную экспрессию генов в нём.

"Поразительной в этих результатах была координация между возбуждением нейронов и экспрессией генов", — подчеркнул Блау. "Это один из удивительных процессов, который помогает часовым нейронам оставаться синхронизированными и работать так точно".

Для поиска механизма лаборатория Блау привлекла вычислительные методы лаборатории Кристин Гансалус (NYU), чтобы идентифицировать регуляторные ДНК-мотивы в генах, реагирующих на нейрональную активность. Один из этих мотивов связывает известный набор факторов, регулирующих экспрессию генов в нейронах, задействованных в процессах обучения и памяти.

"Эти данные заставляют нас рассматривать 'часы' скорее как нейронную систему, а не просто как набор генов", — заключил Блау.