Исследование циркадных ритмов может привести к созданию "дизайнерских" растений и новых методов лечения рака и диабета

Циркадные часы — это внутренний биологический механизм, присутствующий почти в каждом организме, который реагирует на внешние сигналы, такие как свет и температура, в 24-часовом цикле. Он регулирует всё: от сна и чувства голода у человека до роста и цветения у растений.

Химик Брайан Д. Золтовски (Университет Южного Методиста) и его лаборатория изучают один из ключевых белков этих часов — фоторецептор, чувствительный к синему свету. Этот белок позволяет растениям определять время суток и сезон, измеряя длину дня, чтобы знать, когда выпускать лист, цвести или плодоносить. У людей аналогичные фоторецепторы также регулируют циркадные ритмы, а их нарушения связаны с развитием рака, диабета и неврологических заболеваний.

Цель исследования — понять химическую основу работы этих белков. Учёные изолируют белок (семейство, родственное Zeitlupe) и изучают, как поглощение фотона синего света запускает в нём химическую реакцию. Эта реакция меняет структуру белка, что, в свою очередь, запускает каскад взаимодействий, меняющих физиологию всего организма (например, раскрытие цветка).

Для этого используются методы рентгеновской кристаллографии (XRD), ядерного магнитного резонанса (NMR) и решение биофизики, чтобы выявить фундаментальные химические механизмы фотоактивации.

Практические перспективы:

• Для растений: понимание этих процессов позволит потенциально перепроектировать белки или создать малые молекулы для регулирования сроков цветения, роста и развития. Это может привести к созданию новых сортов растений, устойчивых к разным условиям среды.
• Для медицины: исследование человеческих аналогов этих белков может помочь в разработке терапевтических средств для лечения болезней, связанных с нарушением циркадных ритмов.

Исследование поддержано пятилетним грантом в размере $250 000 от Herman Frasch Foundation for Chemical Research Grants in Agricultural Chemistry, который администрируется Американским химическим обществом (ACS).