Определён ключевой элемент, задающий скорость циркадных часов

Исследователи из Медицинской школы Гейзела Дартмута определили фактор, задающий период циркадных часов. Открытие может привести к новым методам лечения расстройств сна, джетлага и других проблем со здоровьем, связанных с циркадными ритмами. Результаты опубликованы в выпуске журнала Science от 29 января.

Циркадные часы влияют почти на все аспекты жизни организма, будь то грибы или люди. На молекулярном уровне в основе этих ритмов лежат биологические осцилляторы, ключевые белки которых имеют время жизни около 24 часов. Поскольку период часов совпадал со временем жизни белков, долгое время считалось, что стабильность белка определяет длительность периода этих биологических часов. Но всё оказалось сложнее.

Долгое время считалось, что 24-часовой цикл обновления определяется самими белками часов. Они подвергаются скоординированному и прогрессирующему фосфорилированию, которое модифицирует структуру и активность белка, что в итоге приводит к его деградации и обновлению. По сути, белки часов медленно фосфорилируются, пока не становятся нестабильными и не разрушаются, позволяя циклу синтеза и деградации начаться заново.

Исследуя на известной модельном организме факторы, определяющие период, а также давно установленную причинно-следственную связь между фосфорилированием и стабильностью белков часов, учёные из Дартмута выявили ключевой фактор, задающий период часов.

«Мы все думали, что циркадный цикл заканчивается, когда важный белок часов деградирует, и что длина периода в значительной степени определяется тем, насколько стабильны эти белки», — говорит руководитель исследования Джей Данлэп, профессор генетики и биохимии.

Однако команда Данлэпа, в работе, поддержанной Национальным институтом общих медицинских наук США и проведённой совместно с лабораторией Луиса Ларрондо из Папского Католического университета Чили, обнаружила, что само по себе фосфорилирование достаточно, чтобы изменить эффективность белка в отрицательной обратной связи осциллятора. В результате белок часов перестаёт быть эффективным в этой обратной связи. Хотя конечным итогом является деградация белка, ключевым элементом, определяющим скорость часов, может быть именно изменение структуры белка, а не его стабильности.

«К удивлению, мы обнаружили, что стабильность — не ключевой фактор в определении периода», — говорит Данлэп. — «Как только фосфорилирование проходит определённую точку, уже не имеет значения, деградировал ли белок часов или нет, потому что в этот момент он становится "невидимым" для механизма часов».

«Циркадные часы влияют на нашу повседневную жизнь бесчисленным количеством способов, и эта работа указывает на то, как можно манипулировать часами для улучшения здоровья», — отмечает Данлэп.