Ученые открыли новый ген циркадных ритмов

Циркадные ритмы — 24-часовые циклы, работающие в фоновом режиме, чтобы человек мог выполнять основные функции. Один из наиболее важных и хорошо известных таких ритмов — цикл сна и бодрствования. Различные системы нашего тела следуют циркадным ритмам, которые синхронизируются с «главными часами» в головном мозге. На них напрямую влияют сигналы окружающей среды, особенно свет, поэтому биологические часы привязаны к смене дня и ночи.

При правильном согласовании циркадный ритм способствует полноценному и восстанавливающему сну, а когда он нарушается, возникают серьезные проблемы с ночным отдыхом, в том числе бессонница. Помимо этого, циркадные ритмы играют важную роль в различных аспектах физического и психического здоровья. Эти циклические колебания интенсивности различных биологических процессов встречаются не только у человека: почти каждый живой организм — от млекопитающих и растений до некоторых микроорганизмов и грибов — имеет внутренние часы.

Ученых давно заботил вопрос: но как действуют циркадные ритмы? И благодаря исследованию команды биологов, физиологов и неврологов из Технологического института Вирджинии, Юго-Западного медицинского центра Техасского университета (США) и Медицинского университета Киото (Япония) мы стали на шаг ближе к разгадке. Работа опубликована в журнале Genes & Development.

Когда в 1990 году стартовал проект «Геном человека», координируемый Министерством энергетики и Национальными институтами здравоохранения США (его цель — определить последовательности из трех миллиардов пар химических оснований, составляющих ДНК человека, и выявить приблизительно 20-25 тысяч генов), ученые были уверены, что большая часть нашего генома состоит из «традиционных» генов. Ведь считалось, что они отвечают за уникальные черты, такие как цвет глаз и волос, рост, вес и так далее. Но специалисты ошибались.

«Оказалось, лишь на два процента нашего генома приходятся “традиционные” гены, а остальные, по-видимому, — “нетрадиционные”. Были споры о том, важны ли эти нетрадиционные гены: некоторые уверены, что это мусорная ДНК, в то время как другие говорят, что у таких генов тоже есть важные функции», — рассказала Шихоко Кодзима, доцент кафедры биологических наук Технологического колледжа Вирджинии, ведущий автор работы. Но все больше исследований свидетельствуют, что нетрадиционные гены — хотя бы некоторые из них — важны для различных биологических процессов, например нейрональной активности, иммунных функций, дифференциации клеток, развития болезней, включая рак, нейродегенерацию и врожденные генетические заболевания.

И, как выяснили ученые, один такой необычный ген может управлять циркадными ритмами организма. Исследовательская группа определила новый ген Per2AS на мышиных образцах в чашке Петри: он контролирует цикл сна и бодрствования, отвечает за амплитуду ритмов, но не кодирует последовательность белков, то есть относится к так называемой мусорной ДНК. «Работа продолжалась девять лет. Было трудно выяснить, в чем задача этого гена, поскольку он был некодирующим, — добавила Кодзима. — Ученые накопили много знаний и инструментов, чтобы выяснить функцию традиционных генов. Однако эти инструменты не так просто применить к нетрадиционным генам вроде Per2AS, ведь большинство инструментов создали на основе уникальных характеристик, общих именно для традиционных генов».

По словам авторов исследования, такой же ген определенно есть и у людей. Но пока не ясно, имеет ли человеческая версия Per2AS те же функции, что мышиная. «У большинства организмов, живущих на Земле, есть циркадные ритмы, поскольку это внутренняя система синхронизации, важная для адаптации к ежедневным изменениям окружающей среды, она вызвана вращением Земли. Циркадные ритмы человека не слишком отличаются от биологических часов грызунов или насекомых», — отметили ученые. Теперь они планируют изучить Per2AS на модели живых грызунов и узнать, присутствует ли он в организмах других существ.