Идентифицирован «главный регулятор» биологических часов

Согласно новому исследованию Университета Торонто в Миссиссаге, ключевую роль в работе биологических часов играет ген, обычно ассоциируемый со стволовыми и раковыми клетками.

Впервые в области циркадной биологии исследователи использовали RNA-секвенирование для наблюдения за экспрессией генов в супрахиазматическом ядре (SCN) — крошечной области гипоталамуса мозга, которая управляет биологическими часами у млекопитающих. Результаты указывают на ген, который, по-видимому, регулирует биологические часы и действует как «главный контроллер» центрального циркадного водителя ритма.

Изначально учёные изучали ген Period2, обнаруженный в SCN, и с удивлением заметили, что в той же области присутствует другой ген — SOX2. «Мы заметили, что Period2 всегда экспрессировался в той же популяции клеток, что и SOX2 — биологические часы оказались одной из основных областей мозга, где эти два гена перекрывались», — говорит Хай-Инг Мэри Ченг, доцент кафедры биологии и канадский исследовательский председатель в области молекулярной генетики биологических часов. «Это интересно, потому что SOX2 обычно экспрессируется в стволовых и раковых клетках, но мы обычно не находим его в больших количествах в здоровом взрослом мозге или нейронах. Мы задались вопросом, может ли он иметь функцию, о которой раньше никто не думал».

Используя модели мышей, у которых отсутствовал ген SOX2, исследователи наблюдали за поведением грызунов в контролируемых условиях. «Нормальная мышь с функционирующими биологическими часами начинает бегать в своём колесе, когда гаснет свет, и бежит всю ночь», — объясняет Артур Ченг, ведущий автор и кандидат наук. «Они останавливаются и ложатся спать, когда свет включается, но когда мы «выключаем» SOX2, мыши, кажется, не понимают, что делают».

«Это как будто их часы сломаны или работают неправильно», — добавляет Хай-Инг Мэри Ченг. Мыши без SOX2 также демонстрировали слабую беговую активность и нерегулярные режимы сна. «Это было так, как будто они страдали от хронического джетлага», — отмечает Артур Ченг. Мыши также с трудом адаптировались к новым графикам. «Они потеряли свой ритм даже при небольшом изменении светового воздействия. Адаптация к джетлагу заложена в наши биологические часы — так мы можем пережить межконтинентальные путешествия. Но мыши с отсутствующим геном SOX2 потеряли эту способность».

«Когда мы «выключили» SOX2, мы наблюдали значительные изменения в различных генетических сетях SCN, которые очень важны для функций его нейронной сети», — говорит Хай-Инг Мэри Ченг. «Мы считаем, что вместо регуляции одного гена, SOX2 координирует экспрессию множества генов и способствует функционированию SCN как главного регулятора циркадного водителя ритма».

Исследование было опубликовано в мартовском номере журнала Cell Reports за 2019 год.