Квазимодо от бессонницы: как белок регулирует циркадные ритмы

Как белок QUASIMODO влияет на суточные ритмы дрозофил и каким образом он поможет страдающим от бессонницы и джетлага, разобрался Indicator.Ru.

Команда ученых под руководством Эльдара Буля и Джеймса Ходжа из Бристольского университета в сотрудничестве с группой Ральфа Станевски из Университетского колледжа Лондона опубликовали в журнале PNAS исследование, в ходе которого они обнаружили три белка, играющие колоссальную роль в функционировании биологических часов дрозофилы.

Дрозофилы — мелкие плодовые мухи, названные так из-за латинского словосочетания «любить росу», наиболее активны в сумерки и на рассвете. Это связано с высокой точностью циркадных ритмов — биологических часов, запрограммированных в живых организмах: и в ганглиях мухи, и в мозге млекопитающих. Период суточных ритмов обычно укладывается в двадцать четыре часа.

«Часовой механизм» мух сконцентрирован в ста нейронах всего ганглия, который, в свою очередь, состоит из ста тысяч нервных клеток, способных уместиться на булавочной головке. Внутри каждого из этих нейронов есть своеобразные «молекулярные часы» — гены PER, активация каждого из которых зависит от другого и происходит ежедневно.

Свет озарил мою больную муху

Ранее профессор Станевски исследовал так называемый «белок QUASIMODO», мутации которой отвечают за сгорбленную дорсальную часть тела насекомого (то есть, проще говоря, за спину). Используя красный флуоресцентный белок для освещения нейронов и записи электрической активности в ганглии, автор обнаружил, что QUASIMODO регулирует световые реакции в нейронах дрозофилы, отвечающих за циркадные ритмы, и, как следствие, управляет биологическими часами.

В ходе последнего исследования ученые записывали показатели электрической активности в нервном узле мух в разное время суток и заметили, что в дневное время возбудимость была выше, чем в ночное. Попытка изменить количество генов QUASIMODO в нейронах, выполняющих роль часовых механизмов, показала, что увеличение их числа вызывает пониженную активность ночью, в то время как увеличение числа генов имело противоположный эффект.

Белок отверженный с проклятьем на челе

Белок QUASIMODO находится на поверхности клетки, а электрическая активность в мембране достигается благодаря ионным каналам — транспортным белкам. Через них проходят ионы натрия, калия, хлора и кальция. Исследователи обратили внимание, какие ионные каналы активны в конкретном типе нейронов и предположили, что эти каналы взаимодействуют с геном QUASIMODO, чтобы часы в мембране могли контролировать различия электрической активности в разное время суток.

Согласно исследованию, первым компонентом клеточных часов является открытый ранее белок QUASIMODO. Второй важной деталью является калиевый канал (один из самых распространенных типов ионных пор живого организма), принадлежащий подсемейству Shaw и переносящий катионы калия. Третий белок, ответственный за функционирование биологических часов, — это ионный канал NKCC, транспортирующий ионы натрия, калия и хлора.

Сон, светлый счастья сон мой

«Чтобы принести пользу организму, циркадные часы должны быть синхронизированы с естественными циклами окружающей среды, с ее освещенностью и температурой. Это похоже на то, как мы меняем время на своих механических или электронных часах при смене часового пояса», — пояснил доктор Ходж из школы физиологии, фармакологии и нейробиологии Университета Бристоля.

Открытие в будущем может помочь создать лекарства против расстройств сна и джетлага — несовпадения биоритмов человека с географическими ритмами, связанных с резкой сменой часового пояса (в основном возникающих после длительных перелетов). Кроме того, ученые смогут приблизиться к пониманию связи между здоровьем и часовым механизмом человека и узнать, например, как суточные ритмы человека влияют на течение нейродегенеративных заболеваний.