Новое исследование объясняет, как температура влияет на циркадные часы

Циркадные часы — внутренний механизм с примерно 24-часовым циклом — управляют ритмами жизни: от сна у животных до открытия листьев у растений. Однако их сложная реакция на температурные изменения долгое время оставалась загадкой.

Хотя потепление и охлаждение могут сдвигать часы вперед или назад, они не могут укоротить или удлинить их 24-часовой цикл. Новое исследование, опубликованное 2 ноября 2015 года в Proceedings of the National Academy of Sciences, объясняет, как это возможно.

Новая модель

Старший автор Эрик Сиггия (Центр исследований в области физики и биологии Рокфеллеровского университета) поясняет:

"Наше исследование предполагает, что внутренние "шестеренки" часов — циклическая активность генов и концентрации белков — не меняются с температурой, поэтому длина цикла остается постоянной. При этом основные механизмы часов связаны с внешними путями, чувствительными к температуре. Эта внешняя связь может заставить часы перескакивать вперед или назад".

Исследование стало результатом сотрудничества лаборатории Сиггии и лаборатории генетики Майкла Янга. Оно ставит под сомнение доминировавшую десятилетиями модель температурной компенсации.

Проверка гипотезы

Ведущий автор Филип Кидд проверил гипотезу с помощью концептуальной модели и молекулярных экспериментов на плодовых мушках. Он изучал, как колебания отдельных компонентов часов (например, концентрации белка Timeless) меняются с температурой.

"Если наше предсказание верно и основной механизм часов не реагирует на температуру, то колебания конкретного компонента при разных температурах должны оставаться пропорциональными друг другу — мы должны иметь возможность масштабировать их для совмещения. И когда мы изучили скорость транскрипции Timeless и его последующие уровни при трех температурах, мы обнаружили именно это".

В мутантных мушках, у которых период часов меняется с температурой, кривые колебаний Timeless при разных температурах смещались и меняли форму, переставая быть пропорциональными. Это подтвердило предпосылку более ранней модели Сиггии.

Майкл Янг, соавтор исследования, отмечает:

"Механизм, позволяющий часам частично игнорировать температуру, оставался ключевой проблемой. Наша работа указывает на общую систему, которая могла бы объяснить эту загадку".