Циркадные часы контролируют клеточный цикл и рост опухолей у растений

Исследовательская группа из Центра исследований в области сельскохозяйственной геномики (CRAG) под руководством Паломы Мас показала, что у растений циркадные часы контролируют скорость клеточного цикла, регулируя деление и рост клеток в синхронизации со сменой дня и ночи.

Повышенный уровень белка TOC1 замедляет и часы, и деление клеток

Исследование, опубликованное в журнале Developmental Cell, проводилось на модельном растении Arabidopsis thaliana. У растений с замедленными циркадными ритмами из-за постоянного накопления белка TOC1 (ключевого компонента часов) листья были меньше. Подсчёт клеток показал, что их количество сократилось, что указывало на изменение темпа деления.

Обратный эффект наблюдался при снижении количества TOC1: циркадные часы и клеточный цикл ускорялись. Это подтвердило, что циркадные часы задают темп клеточного цикла.

TOC1 подавляет ключевой ген клеточного цикла

Анализ продолжительности фаз клеточного цикла показал, что клетки растений с избытком TOC1 дольше задерживались в фазе G1, не переходя вовремя в S-фазу (синтез ДНК).

Исследование экспрессии генов клеточного цикла выявило, что у таких растений нарушены колебания активности нескольких генов. В частности, полностью исчез дневной пик экспрессии гена CDC6 — ключевого белка для репликации ДНК в S-фазе.

Дальнейшие эксперименты доказали, что TOC1 связывается с промотором гена CDC6 и подавляет его экспрессию. Это молекулярный механизм, с помощью которого циркадные часы регулируют клеточный цикл у растений.

Нарушение работы часов влияет на развитие опухолей

Учёные предположили, что если часы контролируют темп деления клеток, они могут влиять и на развитие опухолей. Для проверки растения Arabidopsis заражали бактерией, индуцирующей образование опухолей.

Оказалось, что у растений с избытком TOC1 (и замедленными часами) рост опухолей был задержан по сравнению с нормальными растениями. Таким образом, в растениях с медленными часами опухоли росли медленнее.

Это открытие не только имеет агрономическое значение для контроля роста растений, но и открывает возможность для будущих исследований механизмов замедления циркадных часов как потенциального терапевтического инструмента для задержки развития опухолей у человека.