Древние внутренние часы организма не нуждаются в активности генов

Две новые статьи в журнале Nature, опубликованные учеными из университетов Кембриджа (Cambridge) и Эдинбурга (Edinburgh), описывают механизм, управляющий внутренними часами всех форм жизни – от клеток человеческого организма до водорослей. Исследователи пришли к выводу, что циркадные ритмы в клетках человека ничем не отличаются от аналогичных ритмов у водорослей, и их возникновение относится к самому раннему периоду жизни на Земле.

Исследование ученых из Института метаболизма (Institute of Metabolic Science) Кембриджского университета впервые выявило 24-часовой цикл в активности красных кровяных клеток. Это особенно важно, так как циркадные ритмы всегда считались связанными с ДНК и активностью генов, но – в отличие от большинства других клеток организма – эритроциты не имеют ДНК.
«Мы знаем, что часы существуют во всех наших клетках. Представьте, что бы мы делали без часов, сопровождающих нас в течение всего дня. Клетка окажется в том же положении, если у нее не будет часов, координирующих ее повседневную активность», – говорит ведущий автор статьи Акхилеш Редди (Akhilesh Reddy) из Университета Кембриджа. «Последствия этого для здоровья многообразны. Мы уже знаем, что нарушение ритмов – например, вызванное посменной работой или длительными перелетами, связано с метаболическими расстройствами, такими как диабет, проблемы с психическим здоровьем и даже рак. Углубляя наши знания о том, как эти суточные часы работают в клетках, мы надеемся, что их связь с этими и другими расстройствами станет яснее. Это, в долгосрочной перспективе, приведет к новым методам терапии, о которых всего пару лет назад мы не могли даже подумать».

Активность красных клеток крови – эритроцитов, – не имеющих ДНК, также подчиняется циркадным ритмам.
(Credit: iStockphoto/Sergey Panteleev)

Для своего исследования ученые, финансируемые Wellcome Trust, инкубировали очищенные эритроциты здоровых волонтеров в темноте при температуре тела и через регулярные промежутки времени в течение нескольких дней отбирали пробы. Измеряя уровни биохимических маркеров – белков пероксиредоксинов (peroxiredoxins), – вырабатываемых в больших количествах в крови, они обнаружили, что их синтез проходит 24-часовой цикл. Пероксиредоксины найдены практически у всех известных организмов.

Дальнейшее исследование, совместно проведенное университетами Кембриджа и Эдинбурга и Океанологической станцией в Баньюльс (Observatoire Oceanologique in Banyuls), Франция, обнаружило аналогичный 24-часовой цикл у морских водорослей, показав, что внутренние часы всегда были важны для организмов, в том числе и для древних форм.

Ученые установили ритм образования пероксиредоксинов у водорослей путем отбора проб через регулярные промежутки времени в течение нескольких дней. Когда водоросли содержались в темноте, ДНК не проявляла активности, но их циркадные часы продолжали «тикать» без транскрипции генов. Предположение о том, что внутренние часы приводятся в действие генной активностью, оказалось несостоятельным, так как и водоросли, и эритроциты способны поддерживать циркадные ритмы без нее.

Ученые пришли к выводу, что нетранскрипционных факторов достаточно для поддержания суточного цикла у эукариот, хотя они, как правило, функционируют в сочетании с транскрипционными компонентами.
«Это революционное исследование показывает, что внутренние часы организма – древний механизм, сохраненный в течение миллиарда лет эволюции. Они должны быть гораздо более важными и сложными, чем мы думали раньше. Необходимо проделать еще очень большую работу, чтобы определить, как и почему они развились у человека – и, скорее всего, у всех других живых существ на Земле – и какую роль они играют в управлении нашим организмом», – говорит возглавлявший исследование Эндрю Миллар (Andrew Millar) из Школы биологических наук Эдинбургского университета.

Аннотации к статьям:
Circadian rhythms persist without transcription in a eukaryote
Circadian clocks in human red blood cells

Источник

«Счастье дается только знающим. Чем больше знает человек, тем резче, тем сильнее он видит поэзию земли там, где ее никогда не найдет человек, обладающий скудными знаниями»

Константин Паустовский

Файлы

Основы археологии

Моя система: Пять минут в день

Физика невозможного

Ответы верующим