Исследования циркадных ритмов выявили новый температурный регулятор и отследили часовой белок в течение суток
Генетики из Медицинской школы Дартмута продвинулись в понимании регуляторных схем биологических часов, синхронизирующих суточную активность, согласно двум исследованиям, опубликованным 15 мая.
Исследование взаимосвязи часов и температуры, опубликованное в Cell, проливает свет на давнюю загадку температурной компенсации: почему 24-часовой циркадный ритм не меняется с температурой, когда метаболизм сильно зависит от неё.
Смежное исследование в Molecular Cell отслеживает часовой белок в действии, картирует сотни тщательно скоординированных модификаций и взаимодействий, предоставляя первый полный обзор регуляции в течение суток.
Новая работа проясняет молекулярные основы циркадных часов — точно настроенных клеточных хронометров, управляющих большинством организмов. Циркадные системы — это биологические осцилляторы, которые управляют активностью через сложную сеть взаимодействующих белков и петли обратной связи. Все часы полагаются на перенос фосфатных групп, называемый фосфорилированием, на часовые белки для установки 24-часового цикла.
Оба исследования рассматривали фосфорилирование часового белка frequency (FRQ), центрального элемента обратной связи в грибной часовой системе. Они основаны на работе руководителей группы, докторов Джея Данлэпа и Дженнифер Лорос, которые задокументировали работу FRQ и большинства других компонентов часов Neurospora.
«Статья в Cell описывает, как клетка использует фосфорилирование часового белка, чтобы сохранять длительность периода цикла почти одинаковой в диапазоне температур. Это явление, называемое температурной компенсацией, — одно из немногих канонических свойств ритмов, которое всё ещё не имеет молекулярного описания», — сказал Данлэп.
«Статья в Molecular Cell описывает совместную работу с доктором Скоттом Гербером из Онкологического центра Норриса Коттона. Мы использовали масс-спектрометрию, чтобы отследить степень фосфорилирования более чем 75 сайтов на часовом белке FRQ в течение суток. У большинства белков есть одно или несколько фосфорилирований, поэтому отслеживание их во времени — это крупное техническое достижение, а также информативный вклад в биологию часов».
В Cell исследователи предполагают новую роль для связанного с часами фермента казеинкиназы 2 (CK2) как ключевого регулятора температурной компенсации. Изучая два неохарактеризованных мутанта циркадных белков, которые необычным образом влияли на компенсацию, исследователи идентифицировали разные субъединицы одного и того же фермента, CK2.
Они разработали новые способы манипулирования геномом и показали, контролируя экспрессию, что уровень CK2 определяет форму компенсации через фосфорилирование часового белка FRQ. Это свойство уникально для CK2 и не разделяется с другими подобными ферментами, вовлечёнными в работу часов.
Соавторами, помимо Данлэпа (профессор генетики) и Лорос (профессор биохимии и генетики), являются Арун Мехра, Ми Ши, Кристофер Л. Бейкер, Хильдур В. Колот.
Второе исследование отследило белковые взаимодействия на протяжении циклов, чтобы продемонстрировать, как фосфорилирование контролирует циркадный ритм. Используя метод мечения тяжёлыми изотопами и количественную масс-спектрометрию, исследователи идентифицировали почти рекордное количество модификаций на FRQ и описали, как каждая появляется и исчезает в течение дня.
Более того, их методы облегчили идентификацию взаимодействующих белков для отслеживания и корреляции изменений в основной циркадной сети. Они определили кластеры и локализацию известных сайтов, а с помощью мутационного анализа выявили новые функциональные домены, создав динамическую картину часового белка в действии.
Источник: Dartmouth College