logo

Пользовательского поиска

Saturday 22nd of September 2018

Биологические часы: найден ген-активатор суточного цикла

Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 1
ХудшийЛучший 
Актуальные темы - Вести из лабораторий
Автор: Administrator   
03.10.2011 17:56

 

Многие биологические процессы, как предполагается, подчиняются биологическим часам. Большинство биоритмов, например, смена сна и бодрствования,  основаны на суточном, или 24-х часовом  циркадном ритме.

 

Многие биологические процессы, как предполагается, подчиняются биологическим часам. Большинство биоритмов, например, смена сна и бодрствования, основаны на суточном, или 24-х часовом циркадном ритме. (Фото: Science Photo Library, P890/0616)

 

 

 

Ученые из Института биологических исследований Солка (Salk Institute for Biological Studies) идентифицировали новый компонент биологических часов – ген, ответственный за их ежедневный запуск. Говоря нам «Подъем!» и включая важные физиологические функции в начале каждого дня, биологические часы активируют наш метаболизм. Открытие этого нового гена и механизма его действия может объяснить генетические основы бессонницы, старения и хронических заболеваний, таких как рак и диабет, и, в конечном итоге, привести к разработке новых препаратов для лечения этих болезней.


«По существу, наш организм – это целая коллекция часов», - говорит Сатчидананда Панда (Satchidananda Panda), доцент лаборатории регуляторной биологии, руководивший исследованием вместе с научным сотрудником постдокторантом Лючано ди Таккио (Luciano DiTacchio). «Мы примерно знали, какой механизм приказывает часам останавливаться на ночь, но не знали, что будит нас утром. Теперь, установив это, мы можем более глубоко изучить, как ломаются наши биологические часы по мере старения и развития хронических заболеваний».

В статье, опубликованной в журнале Science, ученые из Института Солка и их коллеги из Университета Макгилла (McGill University) и Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна (Albert Einstein College of Medicine) Иешива-университета (Yeshiva University) описывают, как ген KDM5A кодирует белок JARID1a, служащий выключателем-активатором биохимической схемы, поддерживающей наши циркадные ритмы.

Это открытие восполняет недостающее звено в молекулярном механизме, контролирующем наш ежедневный цикл сна-бодрствования. Центральную роль в наших биологических часах играет белок PERIOD (PER). Количество белка PER в каждой клетке нашего организма увеличивается и уменьшается каждые 24 часа. Наши клетки говорят организму, когда спать или когда бодрствовать, используя его в качестве индикатора времени суток.

Ученые знали, что основными факторами повышения уровней белка PER являются два гена – CLOCK и BMAL1. По мере повышения своего уровня в дневное время суток, достигающего максимума к вечеру, белок PER каким-то образом затормаживает функцию CLOCK и BMAL1, понижая тем самым свой собственный уровень.

Падение уровней белка PER заставляет наши биологические системы «сбавить обороты»: понижается кровяное давление, сокращается частота сердечных сокращений, замедляются умственные процессы. Но, до сих пор, точная природа ночного затормаживания функций многих систем и того, что позволяет белкам CLOCK и BMAL1 каждое утро преодолевать его, чтобы поднять уровни белка PER, оставалась загадкой.

По мнению профессора Панда и его коллег, роль молекулярного «призыва горна» для клеток и органов снова вернуться к работе с наступлением утра принадлежит ферменту JARID1a. Изучая генетические механизмы, лежащие в основе циркадных ритмов в человеческих клетках и в клетках мышей и плодовых мушек, ученые установили, что JARID1a необходим для нормального цикла как на клеточном уровне, так и с точки зрения повседневного поведения организмов.

В генетически модифицированных человеческих и мышиных клетках со сниженным синтезом фермента JARID1a уровень белка PER не поднимается до своего нормального пика. То же происходит и в организме аналогичным образом измененных плодовых мушек. Такие мушки теряют счет времени: они не знают, когда спать и когда просыпаться, и спят частыми короткими периодами как днем, так и ночью.


Лючано ди Таккио (Luciano DiTacchio) (слева) и Сатчидананда Панда (Satchidananda Panda)

 

Лючано ди Таккио (Luciano DiTacchio) (слева) и Сатчидананда Панда (Satchidananda Panda). (Фото: salk.edu)

 

 

 

Глубже изучив молекулярный механизм биологических часов, Панда и его коллеги установили, что, действуя противоположным по отношению к тормозящему белку HDAC1 образом, фермент JARID1a каждое утро реактивирует белки CLOCK и BMAL1. Ученые считают, что за ночное торможение синтеза и снижение уровня PER ответственно его взаимодействие с HDAC1. «JARID1a заставляет ослабить этот тормоз, что позволяет CLOCK и BMAL1 снова просыпаться каждое утро», - объясняет Панда.

Для подтверждения своих открытий ученые использовали те же клетки генетически модифицированных мышей и плодовых мушек – с отсутствием гена, кодирующего JARID1a. Возвращение этого гена в ДНК плодовых мушек ослабило тормоз HDAC1, и мушки вернулись к нормальному циклу. Биологические часы нормально заработали и в мышиных клетках, обработанных препаратом, имитирующим действие JARID1a.

Теперь, когда ученые понимают, почему мы просыпаемся каждый день, они могут изучить роль JARID1 в развитии бессонницы и хронических заболеваний и, возможно, использовать его в качестве мишени новых лекарственных препаратов.

Например, возрастная поломка биологических часов часто заставляет пожилых людей страдать от бессонницы. Существуют убедительные доказательства и того, что люди, работающие в режиме, нарушающем их 24-часовой цикл сна и бодрствования, подвержены гораздо большему риску развития определенных заболеваний.

С точки зрения развития заболеваний значение биологических часов, скорее всего, объясняется их постоянным влиянием на метаболический цикл. Клеточные метаболические циклы имеют базисное значение для нормальной работы генетических механизмов, контролирующих рост и деление клеток – как при нормальном, так и при раковом их развитии.

Клеточные механизмы диабета, еще одной хронической болезни, также тесно связаны с метаболическими циклами, контролируемыми биологическими часами. Например, преобразование сахаров в жиры, которое в норме происходит только в определенное время суток, при диабете, как представляется, идет постоянно. Это позволяет предположить, что биологические часы больных диабетом выходят из-под контроля.

«Таким образом, многое из того, что мы вкладываем в понятие быть здоровым и молодым, сводится к хорошему ночному сну», – заключает Панда. «Теперь, когда мы определили, что активатором нашего суточного цикла является белок JARID1a, у нас появилось совершенно новое направление в исследовании того, почему нарушаются циркадные ритмы, и, может быть, возможность найти новые способы помочь людям с такими проблемами».

 

 

По материалам

«Alarm clock» gene explains wake-up function of biological clock

 

Аннотация к статье Histone Lysine Demethylase JARID1a Activates CLOCK-BMAL1 and Influences the Circadian Clock

 

© «Биологические часы: найден ген-активатор суточного цикла». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на данную страницу сайта.

 

 

Еще о циркадных ритмах

Диабет, ожирение и рак будут лечить нормализацией циркадных ритмов

Древние внутренние часы организма не нуждаются в активности генов

 

 

 

 

Related Articles:
 

Vinaora Visitors Counter

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterToday215
mod_vvisit_counterYesterday2222
mod_vvisit_counterThis week11884
mod_vvisit_counterLast week6312
mod_vvisit_counterThis month25523
mod_vvisit_counterLast month26517
mod_vvisit_counterAll days4115929

We have: 105 guests, 9 bots online
Your IP: 54.92.164.184
 , 
Today: Сен 22, 2018

RSS

Новое на LST

Работает на Joomla!. Valid XHTML and CSS.