Ученые открыли белок, который служит нам внутренним будильником – поднимает нас по утрам. Он же может послужить мишенью для лечения нарушений сна, которые происходят из-за болезней или возрастных изменений.
Биологические часы, настраивающие работу всего тела в соответствии с суточными (циркадными) ритмами, изучаются уже давно, хотя картина их работы еще неполна. Исследователи из Института биологических наук Солка (Salk Institute for Biological Studies) в сотрудничестве с Университетом МакГилла (McGill University) и Медицинским колледжом Альберта Эйнштейна (Albert Einstein College of Medicine) нашли еще одну деталь в биологическом часовом механизме, и теперь они считают, что эта деталь – самая главная.
Поиски будильника
«А можно сказать и так, что в нашем организме собрана целая коллекция часов, - объясняет Сачиндананда Панда, доцент лаборатории биоритмов. – Мы примерно знаем, какие часы говорят нам о том, что пора ложиться спать, но не знаем, какие часы будят нас по утрам». Теперь ученым удалось найти этот «будильник».
Это открытие заполняет брешь в молекулярных механизмах, контролирующих циклы сон-бодрствование. Центральный игрок на поле биологических часов – белок под названием PERIOD (PER). Его количество в клетках растет и падает каждые 24 часа, уровень этого белка клетки используют как индикатор времени суток. Колебания уровня PER обеспечивают два гена: CLOCK и BMAL1. Содержание белка растет в течение дня, достигает пика к вечеру и снижается ночью. Это замедляет все процессы в организме: падает кровяное давление, замедляется сердцебиение , мозг перестает решать «умственные» задачи. Но до сих пор не было понятно, что заставляет гены CLOCK и BMAL1 утром пробуждаться и вновь нарабатывать «часовой белок».
Главная шестеренка
Панда и его коллеги выделили фермент JARID1a, который будит клетки и органы каждое утро. Доказательства они получили, работая с культурами клеток мыши и человека. В клетках, генетически модифицированных на недостаток фермента JARID1a, часовой белок PER просто не работал – его уровень не достигал необходимого количества. То же происходило и с дрозофилами, причем это было ясно видно по их поведению: мухи не знали, когда бодрствовать, когда спать, и вместо нормального сна норовили «прикорнуть» на минутку в течение дня.
Копая глубже в механизм работы молекулярных часов, исследователи нашли, что каждое утро JARID1a реактивирует гены CLOCK и BMAL1 (его действие заключается в том, что он химически модифицирует белки-гистоны). Вслед за этим растет количество белка PER. Гипотезу ученые проверили на мышиных клетках и мухах с заблокированным геном JARID1a. Такие клетки и мухи утрачивали суточные ритмы, но их можно было вернуть, если просто добавить белка JARID1a.
Так что теперь именно фермент JARID1a ученые считают истинным «молекулярным будильником». Его же они рассматривают как мишень для лечения расстройств сна.
Они упоминают, что с возрастом биологические часы портятся, поэтому многие люди начинают испытывать трудности с засыпанием. Биологические часы играют немалую роль в некоторых болезнях метаболизма, так что их сбой может вести к болезни. Например, у диабетиков нарушены суточные ритмы превращения углеводов в жировые запасы.
О ключевой «шестеренке» биологических часов исследователи написали в Science.
