Внутренний часовщик: Ритмы жизни
Суточные колебания активности обнаруживаются даже у самых древних организмов. Видимо, они зачем-то нужны и водорослям – и механизмы, управляющие этими ритмами, сложнее, чем мы думали.
Подавляющее большинство живых организмов на Земле демонстрирует циклические изменения активности с периодом около суток; самый яркий их пример – чередование сна и бодрствования. Хотя эти циркадные ритмы связаны с ритмическим движением планеты, их стимулируют и регулируют внутренние механизмы. Наука показала наличие и эндогенную природу этих ритмов уже более 150 лет назад. Но лишь недавно их механизмы стали понемногу расшифровываться, и оказались они на удивление сложны.
Напомним, что недавно мы рассказывали о роли микроРНК в контролировании циркадных ритмов («Молекула времени»). Теперь же сразу два исследования британских ученых обратились к совершенно другому механизму – куда более неожиданному для специалистов, которые уже привыкли связывать циркадные ритмы с активностью ДНК и вообще нуклеиновых кислот.
Первое исследование вообще проводилось на эритроцитах, которые лишены собственной ДНК. Один из ученых, Ахилеш Редди (Akhilesh Reddy), говорит: «Мы знаем, что “часы” работают во всех клетках нашего организма. Только представьте, что было бы без них (…) клетки не могли бы координировать свою активность. К примеру, мы уже знаем, что нарушение циркадных ритмов – например, из-за плавающего рабочего графика или частой смены часовых поясов – связано с развитием ряда метаболических расстройств, включая диабет, а также нарушений психического здоровья и даже раковыми заболеваниями».
Итак, исследователи делали забор крови добровольцев и выделяли из них препараты эритроцитов. Эти клетки инкубировались при комнатной температуре и в темноте (как в сосудах), и через равные промежутки времени в течение нескольких дней из них отбирались пробы. В пробах ученые оценивали уровень определенных биохимических маркеров, белков пероксиредоксинов.
Пероксиредоксины встречаются, в общем-то, во всех живых организмах, способных к существованию в присутствии кислорода – они являются элементом защиты биологических молекул от его окисляющего воздействия. У нас в крови эти ферменты выполняют ту же роль антиоксидантов, а также участвуют в передаче клеточных сигналов. Проведенный британскими учеными анализ показал, что выработка этих ферментов клетками крови происходит в полном соответствии с 24-часовым циклом. Несмотря на то, что – повторим – в эритроцитах и хромосом-то никаких нет.
Сходное исследование провела группа шотландских и французских биологов. Они показали наличие циркадных ритмов у простых морских водорослей – что говорит о том, что даже для древних форм жизни следовать за суточным движением Земли было достаточно важно.
И в водорослях эта оценка производилась по количеству вырабатываемых клеткой пероксиредоксинов в течение нескольких дней. Более того, при погружении водоросли в темноту ее ДНК переходила в «спящий режим»: на ней не было ни одного активно транслируемого гена. И при этом внутренние часы клетки продолжали «тикать». Судя по всему, их работа хотя и базируется на изменении активности генов в ДНК, но способна поддерживаться и какими-то другими, пока невыясненными механизмами.
По пресс-релизу University of Cambridge
