Рыбалка на хвост: как работает циркадный ритм цианобактерий

Организмы на Земле, включая человека, обладают биологическим ритмом с периодом около 24 часов, который помогает адаптироваться к суточным изменениям среды. Этот циркадный ритм регулируется набором биомолекул, работающих как биологические часы.

У цианобактерий (сине-зеленых водорослей) ритм контролируется сборкой и разборкой трех часовых белков: KaiA, KaiB и KaiC. Белок KaiC формирует гексамерную кольцевую структуру и играет центральную роль в осцилляторе часов, работая за счет потребления ATP — энергетической "валюты" клетки. Однако оставалось неизвестным, как эти белки работают автономно, создавая циркадные колебания.

Исследовательские группы из Высшей школы фармацевтических наук Университета Нагоя, Центра исследовательской деятельности в области жизни и живых систем (ExCELLS) и Института молекулярных наук (IMS) изучили этот механизм с помощью нативной масс-спектрометрии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса (NMR).

Они обнаружили, что KaiC расщепляет ATP до ADP внутри своего кольца. Этот процесс запускает "выпрыгивание" хвостовой части (C-конца) KaiC из кольцевой структуры. Белок KaiA захватывает этот обнажившийся хвост, что облегчает высвобождение ADP из кольца и, тем самым, переводит стрелки часов вперед.

Этот механизм "рыбалки на леску" объясняет часовое взаимодействие белков KaiA и KaiC. Его изучение дает глубокое понимание не только циркадных часов цианобактерий, но и часов у растений, животных и человека в норме и при патологиях, таких как джетлаг и расстройства сна.