Пик производства ритмичных белков происходит дважды в сутки
Нарушения сна, связанные с ожирением, диабетом и психическими расстройствами, затрагивают миллионы людей. Их регуляция связана с циркадными (околосуточными) ритмами, управляемыми биологическими часами.
В новом исследовании, опубликованном в открытом журнале PLOS Biology, Роб Джексон из Медицинской школы Университета Тафтса и его коллеги изучили большую группу ритмично производимых белков в клетках циркадных часов плодовой мушки Drosophila. Удивительно, но большинство белков производилось в два интервала циркадного цикла: в середине дня или в середине ночи.
"Циркадные часы плодовых мушек и людей имеют общие молекулярные компоненты, что делает мушку выдающейся моделью для генетических исследований", — отметила первый автор Яньмей Хуанг.
В исследовании использовалась инновационная техника профилирования рибосом для выявления полной циркадной программы синтеза белка ("циркадного транслатома") в этих клетках-часах. Мух собирали в разное время цикла, из клеток часов выделяли мРНК, связанные с рибосомами, и идентифицировали их с помощью методов РНК-секвенирования, чтобы задокументировать паттерны производства белков.
Команда Джексона использовала трансляционное профилирование и РНК-секвенирование, чтобы определить, когда именно в клетках часов белки производятся из мРНК. Они идентифицировали 1069 мРНК, включая сотни новых, которые демонстрируют пики трансляции в определённое время суток.
Белки, образованные из этих мРНК, были классифицированы по биологической функции. Исследователи обнаружили, что белки, необходимые для схожих функций, производились в одно и то же время. Белки, необходимые для метаболизма, достигали пика производства днём, а белки, необходимые для роста клеток, — ночью.
Учёные надеются, что, определяя конкретное время производства белков в клетках часов и их функции, можно лучше понять, как циркадные часы регулируют производство белков и биологические системы организма. Это, в свою очередь, даст представление о заболеваниях, вызванных нарушениями циркадной системы.
"Эта высокосинхронизированная выработка белка — новое открытие. Впервые у любого организма мы идентифицировали белки внутри клеток часов, которые показывают 24-часовые ритмы производства", — заявил старший автор Роб Джексон.