Обнаружен ген, связывающий циркадные и циркаприливные ритмы у мелких ракообразных

Ученые из Медицинской школы UMass Chan и Морской биологической лаборатории в Вудс-Хоул идентифицировали первый ген — Bmal1 — который играет ключевую роль в регуляции циркаприливного поведения у ракообразного Parhyale hawaiensis. Эти ритмы помогают животным справляться с приливами и отливами в прибрежных зонах.

Исследование, опубликованное в Current Biology, впервые демонстрирует молекулярную связь между циркаприливными и циркадными (суточными) часами. Оно также устанавливает P. hawaiensis в качестве новой мощной модельной системы для изучения генетики циркаприливных ритмов.

"Биологические часы критически важны для организмов — включая человека — чтобы оптимизировать свою физиологию и адаптировать поведение к циклам окружающей среды", — сказал доктор Патрик Эмери, ведущий автор исследования.

Приливы происходят каждые 12,4 часа. Хотя циркаприливные ритмы наблюдались с начала XX века, их молекулярные и генетические основы, а также связь с циркадными часами оставались неясными.

"Отсутствие животной модели, пригодной для генетического нокаута и трансгенных манипуляций, мешало ученым окончательно исследовать молекулярное происхождение циркаприливных часов", — отметил Эмери.

Исследователи создали в лаборатории искусственную приливную среду для P. hawaiensis (размером около 1 см), где уровень воды менялся каждые 12,4 часа. После акклиматизации в течение 10 циклов (эквивалентно пяти дням) животные были помещены в условия с постоянным уровнем воды.

Ключевой результат: Около 80% животных продолжали демонстрировать пики плавательной активности каждые 12,4 часа в "ожидании" прилива и отлива, что доказало существование эндогенного циркаприливного часового механизма.

Используя метод CRISPR/Cas9 для нокаута генов, ученые обнаружили, что "выключение" гена Bmal1 — ключевого компонента циркадных часов у млекопитающих — полностью нарушало циркаприливное поведение у P. hawaiensis. Вместо ритмичной активности животные демонстрировали аритмичное поведение.

"Bmal1 — критический компонент для поддержания циркаприливного поведения у P. hawaiensis. Это первые доказательства того, что ген, участвующий в циркадных ритмах, также вовлечен в циркаприливные ритмы. Это устанавливает молекулярную связь между двумя системами", — заявила Эрика Квятковски, MD/Ph.D. студентка из лаборатории Эмери.

Следующим шагом будет изучение точной роли Bmal1 и других потенциально вовлеченных генов в формировании циркаприливного поведения.