Восстановление внутренних часов с помощью двухдюймовой рыбки
Циркадные ритмы — естественный 24-часовой цикл биологических процессов — регулируют не только сон и бодрствование. Их нарушения связаны с депрессией, проблемами контроля веса, джетлагом и другими состояниями. Профессор Йоав Готильф из Департамента нейробиологии Университета Тель-Авива иссмотрим рыбку данио-рерио, чтобы понять, как функционирует человеческая циркадная система.
Профессор Готильф и его аспирант Гадь Ватин в сотрудничестве с профессором Николаусом Фулксом (Институт технологий Карлсруэ, Германия) и доктором Дэвидом Клейном (Национальные институты здоровья, Мэриленд, США) обнаружили, что механизм, регулирующий циркадную систему у данио-рерио, также участвует в работе её человеческого аналога.
Эта находка на модели данио-рерио может помочь в разработке новых методов лечения психических заболеваний, метаболических расстройств или нарушений сна. Исследование опубликовано в журналах PLoS Biology и FEBS Letters.
Миниатюрная модель
Циркадная система данио-рерио похожа на человеческую. При этом у этих рыб есть преимущества как у модельных организмов: их прозрачные эмбрионы позволяют наблюдать за развитием, генетику легко модифицировать, а развитие происходит быстро — икра вылупляется за 2 дня, а половой зрелости рыбы достигают в 3 месяца.
Предыдущие исследования показали, что ген Period2 (присутствующий и у человека) связан с циркадной системой рыб и активируется светом. Когда учёные "выключили" этот ген у рыб, их циркадная система перестала работать. Это подтвердило важность гена, но механизм его световой активации оставался неизвестным.
Команда обнаружила в гене Period2 область LRM (Light Responsive Model), которая объясняет феномен. Внутри LRM находятся короткие генетические последовательности: Ebox (опосредует активность часов) и Dbox (обеспечивает светозависимую экспрессию). Взаимодействие этих последовательностей отвечает за активацию светом. На основе этой информации учёные идентифицировали белки, которые связываются с Ebox и Dbox и запускают световую индукцию гена Period2 — процесс, важный для синхронизации циркадной системы.
Чтобы проверить, существует ли подобный механизм у людей, исследователи выделили и протестировали человеческий LRM, вставив его в клетки данио-рерио. В рыбьих клетках человеческий LRM вёл себя точно так же, активируя Period2 под воздействием света, что раскрыло удивительную связь между людьми и двухдюймовой рыбкой.
Новый свет на циркадные системы и мозг
Как и люди (но в отличие от крыс и мышей), данио-рерио ведут дневной образ жизни, а их циркадная система активна уже через два дня после оплодотворения. Это позволяет манипулировать циркадными часами, тестируя различные терапии и лекарства для лучшего понимания системы и лечения её нарушений.
Эта модель также применима для нейробиологических и биомедицинских исследований. Например, генетику данио-рерио можно модифицировать так, чтобы определённые нейроны и их синапсы стали флуоресцентными — их легко увидеть и отследить. Такую доступную модель можно использовать в исследованиях дегенеративных заболеваний мозга.