Суточные ритмы влияют на многие процессы в организме человека, но точные механизмы этого влияния до конца не изучены. Новое исследование позволило ученым выявить работу гена, связанного с наследственной склонностью к раннему подъему и отходу ко сну. Регуляция суточного цикла осуществляется благодаря особому «фосфопереключателю» – изменениям состояния белка Per.
Суточные ритмы играют важную роль в поддержании здоровья человека. Они обеспечивают согласованную работу различных физиологические процессы, обеспечивать чередование сна и бодрствования и необходимый для организма отдых.
Как именно регулируются биологические ритмы и как они перестраиваются, например, при смене часового пояса или изменении продолжительности светового дня? Ответ на этот вопрос предоставили авторы статьи, которые смогли получить ценные сведения о механизмах функционирования «биологических часов молекулярном уровне.
Изучение регуляции суточного цикла стало возможным благодаря гену, имеющему отношение к наследственным заболеванием, — синдром жаворонка, также известный как синдром фазового опережения сна (Familial Advanced Sleep Phase Syndrome, FASP), связан с генетическими мутациями у заболевших Per1, в частности, это проявляется в области, носящей такое же название, что и их заболевание — FASP. Из-за этого люди испытывают трудности с засыпанием и ранние пробуждения, что характерно для «жаворонков». Их суточные ритмы значительно сокращены и составляют примерно 20 часов, а не стандартные 24.
Люди, страдающие от синдрома фибромиалгии (FASP), ощущают состояние, похожее на хронический джетлаг, что подразумевает нарушение их внутренних «биологических часов», которые не могут настроиться. Ученые уже более двух десятилетий осведомлены об этой «сбоящей» работе биоритмов, однако детали на молекулярном уровне были выяснены только недавно.
В новой работе использовали культуры клеток — как человеческих, так и дрозофилы. Оказывается, в клетках этого популярного среди биологов насекомого есть очень похожая система настройки «биологического хронометра».
Суточные ритмы человека в значительной степени зависят от белков Period (PER). Изменения в их состоянии происходят вследствие присоединения фосфатных остатков кислоты специальным ферментом — казеинкиназой 1. Это так называемое фосфорилирование белков PER может как сделать их стабильными, так и ускорить их разрушение и тем самым уменьшить продолжительность суточного цикла.
Согласно исследованиям, белок Per обладает двумя участками, способными связываться с остатками фосфорной кислоты. Присоединение к области FASP, которая подвергается мутациям у людей с «наследственной совой», повышает стабильность белка и его активность фермента казеинкиназы снижается. Если фосфорилирование происходит по другой области, Per быстрее разрушается.
Поддержание необходимой продолжительности суточного цикла и возможность ее изменения обеспечиваются динамическим балансом между стабильностью и деградацией этого белка.
Исследователи уверены, что свежие сведения о функционировании «молекулярных часов» откроют возможности для разработки методов лечения разнообразных заболеваний нарушений сна и биологических ритмов.