Молекулярные особенности циркадных часов у плодовых мушек
Исследования мутантных линий плодовых мушек показали, как фоторецепторы и зрительная система влияют на нейроны циркадных часов в ответ на изменение световых циклов. Результаты, опубликованные в Journal of Neuroscience, дают новое понимание нарушений сна, включая джетлаг.
Таиси Ёсии и Кендзи Томиока из Высшей школы естественных наук и технологий Окаямы в сотрудничестве с учёными из Германии выяснили, как белковые фоторецепторы криптохромы (CRY) вместе со зрительной системой влияют на нейроны циркадных часов у Drosophila (плодовых мушек).
Нейроны циркадных часов делятся на две группы: утренние (M) и вечерние (E). Белки CRY экспрессируются в большинстве этих нейронов и передают сигналы в ответ на свет, но их конкретная роль в разных типах нейронов была неясна.
Исследователи создали мутантные линии мух: без CRY и с экспрессией CRY в разных подмножествах нейронов. Также изучалось влияние глаз и зрительной системы. Целью было проверить способность мух синхронизироваться с изменениями световых циклов — процесс, называемый LD-ресинхронизацией.
Мух подвергли 8-часовой задержке в 16-часовом/8-часовом световом цикле. Контрольные мухи адаптировались за день, но мухи без CRY и без глаз не смогли ресинхронизироваться. Мутантные мухи с E-нейронами могли ресинхронизироваться, но медленно. Оказалось, эта способность связана с молекулярным циклом белка par domain protein 1 (PDP1), который запускается зрительными путями независимо от CRY.
Экспрессия CRY в E-нейронах значительно ускорила процесс LD-ресинхронизации. Если CRY экспрессировался только в M-нейронах, ресинхронизация не происходила. Результаты показывают, что экспрессия CRY в E-нейронах важна для LD-ресинхронизации, и молекулярный цикл PDP1 поддерживает этот процесс.
Криптохромы
Криптохромы (CRY) — это фоторецепторные белки, встречающиеся у животных и растений. Под действием синего света CRY меняет конформацию, что позволяет ему связываться с белком циркадных часов TIMELESS (TIM). Это запускает деградацию TIM, сбрасывая циркадные часы организма.
Методология
Для определения функций CRY в разных нейронах исследователи создали различные линии мух: контрольные, с нокаутом CRY (null-CRY) и без глаз. Также анализировали белок PDP1. Все группы подвергли 8-часовому сдвигу светового цикла.
Было обнаружено, что PDP1 работает независимо от CRY, помогая в LD-ресинхронизации, но только в вечерних (E) нейронах. E-нейроны без CRY всё ещё могли ресинхронизироваться, но очень медленно. Восстановление экспрессии CRY в двух конкретных E-нейронах (пятом s-LNv и LNd) значительно ускорило процесс.
Экспрессия CRY в E-нейронах особенно важна для быстрой корректировки циркадных часов при изменении световых циклов. Требуется дальнейшая работа, чтобы понять роль утренних (M) нейронов и другого подмножества (PDF-нейронов) в LD-ресинхронизации в отсутствие CRY.