Сброс биологических часов с помощью переключателя

Биологические часы присутствуют почти во всех клетках организма. Поскольку появляется всё больше свидетельств того, что часы в определённых органах могут рассинхронизироваться, возникает необходимость локально исследовать и сбрасывать эти часы. Учёные из Нидерландов и Японии добавили светочувствительный переключатель «вкл/выкл» к ингибитору киназы, влияющему на функцию часов. Это дало им контроль над биологическими часами в культивируемых клетках и эксплантированной ткани. Результаты опубликованы 26 мая в Nature Communications.

Жизнь на Земле эволюционировала под 24-часовым циклом света и темноты, тепла и холода. «В результате наши клетки синхронизированы с этими 24-часовыми колебаниями», — говорит Виктор Шимански, профессор радиационной химии в Университетском медицинском центре Гронингена. Наши циркадные часы регулируются центральным контроллером в супрахиазматическом ядре мозга, но все наши клетки содержат свои собственные часы. Эти часы состоят из колебаний в производстве и распаде определённых белков.

Световой переключатель

«Становится всё более очевидным, что эти часы могут нарушаться в органах или тканях, что может привести к болезни», — добавляет первый автор Душан Колярски, аспирант из группы Бена Феринги, профессора органической химии. Ранее группы Шимански и Феринги создавали соединения (например, антибиотики или противораковые препараты), которые можно было включать и выключать светом. Циркадный биолог Цуёси Хирота из Университета Нагои разработал ингибитор киназы longdaysin, который замедляет циркадные часы до цикла продолжительностью до 48 часов. Колярски снабдил этот longdaysin световым переключателем, позволяющим активировать или деактивировать соединение фиолетовым и зелёным светом соответственно.

Часовой пояс

Совместно с японскими коллегами учёные показали, что цикл культивируемых клеток удлинился с 24 до 28 часов после обработки производным longdaysin. Деактивация зелёным светом вернула цикл к чуть более 25 часам, а последующая реактивация фиолетовым светом — к 28 часам. «Мы также использовали его в срезах ткани супрахиазматического ядра мыши, — говорит Колярски. — Колебания замедлились до 26-часового цикла после нескольких дней обработки производным longdaysin и вернулись к 24-часовому циклу после деактивации зелёным светом».

Учёные также скорректировали фазу циклов в культивируемых клетках: трёхдневная активация производного longdaysin с последующей деактивацией вызвала сдвиг 24-часового цикла до 6 часов. Это как если бы клетки синхронизировались с другим часовым поясом.

Органы

Светоактивируемый препарат, такой как longdaysin, вероятно, будет использоваться только для лечения серьёзных состояний. «Мы можем фактически достичь светом довольно многих органов, например, с помощью эндоскопа. Легко достижимы желудочно-кишечный тракт и дыхательная система, в то время как для других тканей могут потребоваться небольшие разрезы для введения оптических волокон», — комментирует Шимански.

«Мы открыли новую область исследований. В конечном итоге всё это позволит нам локально нарушать или восстанавливать циркадные колебания», — добавляет Колярски.