Ген Bmal1, обнаруженный по всему человеческому телу, считается важной частью основного молекулярного хронометра организма, но после его удаления в моделях на животных исследователи из Медицинской школы Перельмана при Университете Пенсильвании обнаружили, что ткани продолжают следовать 24-часовой ритм. Команда также обнаружила, что эти ткани могут следовать этому циркадному ритму – 24-часовым молекулярным часам, которые влияют на множество повседневных функций, от сна до метаболизма – даже при отсутствии внешних стимулов, которые могут влиять на цикл, таких как свет или изменения температуры. Эти результаты показывают, что, хотя ген Bmal1 может сильно влиять на некоторые циркадные ритмы, этот процесс контролируется более сложной системой и что существуют другие движущие силы биологических часов. Исследование опубликовано в этом месяце в журнале Science.
Используя фибробласты кожи и срезы печени мышей, тканей, которые регулярно участвуют в исследованиях циркадных ритмов, исследователи из Пенсильвании удалили Bmal1 и изолировали ткань от света, температуры и других внешних факторов, которые запускают 24-часовую активность. Даже в этом состоянии ткани по-прежнему демонстрировали нормальные 24-часовые колебания – или циркадные реакции – в течение двух-трех дней на уровне генов и белков клеток. Открытие показывает, что текущее понимание циркадных ритмов не является полным, и закладывает основу для исследователей, чтобы привлечь внимание примерно к 30 конкретным генам и белкам, которые, по-видимому, регулярно функционируют с геном Bmal1 или без него.
"Циркадные ритмы на самом деле представляют собой иерархическую систему в нашем организме, и ген Bmal1, по-видимому, важен для того, чтобы заставить часы мозга тикать. Эти мозговые часы находятся в месте, называемом супрахиазматическим ядром," и как дирижер оркестра," сказал Ахилеш Б. Редди, MA, MB, BChir, Ph.D., профессор фармакологии в Пенсильвании. "Мы обнаружили, что, к удивлению, если вы удалите проводник (удалив ген Bmal1), «музыканты» – ткани в организме – могут продолжать играть в своем собственном 24-часовом темпе. Таким образом, хотя активный дирижер действительно влияет на оркестр и направляет его, отсутствие дирижера не означает, что все циркадные процессы не происходят. Ткани и клетки тела («музыканты») по-прежнему сохраняют естественный ритм."
При несоблюдении нормального режима сна поражаются многие ткани, и поэтому нарушается циркадный ритм. Клеткам кожи необходим сон, чтобы выполнять жизненно важный ремонт. Люди, которые работают в ночную смену, часто меняют смены или часто путешествуют, могут испытывать изменения в своем метаболизме, что приводит к непереносимости глюкозы и со временем может развить диабет 2 типа. И хотя причина не ясна, женщины, работающие в ночную смену, имеют повышенную вероятность развития рака груди.
"Клетки по всему нашему телу выполняют одни функции в часы бодрствования, а другие – во время сна," Редди сказал. "Выявление всех конкретных молекулярных механизмов, влияющих на циркадные ритмы, необходимо для разработки методов лечения, направленных на решение проблем со здоровьем, которые возникают при изменении ритма, например, при сменной работе."
В ближайшем будущем Редди и его коллеги планируют изучить около 30 обнаруженных ими специфических белков, которые могут работать в присутствии Bmal1 или без него.
"Хотя результаты показывают, что наше понимание молекулярных циркадных ритмов как научное сообщество является неполным, мы рады теперь приблизиться к более полному пониманию ранее неизвестных процессов, которые управляют внутренними часами нашего тела," сказал Редди.