Биологи выяснили, почему циркадные ритмы не зависят от температуры

Активность большинства организмов изменяется, подчиняясь циклам смены дня и ночи. Эти колебания отражаются не только в существовании «сов» и «жаворонков», а охватывают самые глубокие и важные физиологические процессы. Даже чувствительность к боли меняется в зависимости от времени суток. При этом циркадные ритмы практически не зависят от температуры, хотя даже химические реакции в тепле происходят быстрее, чем на холоде.

Механизм, который обеспечивает эту температурную компенсацию, исследовала команда европейских ученых во главе с профессором Мюнстерского университета Ральфом Станевски (Ralf Stanewsky). Их статья опубликована в журнале Current Biology.

Контролирует циркадные ритмы ген period (per). Проводя эксперименты с дрозофилами, биологи показали, что точечная мутация в этом гене (perI530A) приводит к тому, что циркадные ритмы начинают меняться в зависимости от температуры. При обычных 18 °C мухи с такой мутацией меняли активность обычными 24-часовыми циклами. Но в жару, при 29 °C, эти колебания у них удлинялись до 29 часов.

Чтобы выяснить, почему это происходит, биологи обратились к работе белка PER, продукта гена per. На протяжении суток он проходит постепенные химические модификации, фосфорилируется. Когда этот процесс завершается, белок утилизируется, что приводит к новой активации гена per и синтезу новых белков PER. Однако у мух с мутацией perI530A при высокой температуре фосфорилирование развивалось медленнее обычного. Именно это приводило к удлинению их циркадных ритмов.

Мутация perI530A находится в особом участке белка PER — коротком аминокислотном фрагменте, который контролирует перенос белков из клеточного ядра в цитоплазму. Мутация нарушает работу этого «сигнала ядерного экспорта» (Nuclear Export Signal, NES) в нейронах, управляющих циркадными ритмами. В результате с ростом температуры PER становится труднее выйти из клеточного ядра.

Таким образом, ученые заключили, что температурная компенсация циркадных ритмов определяется транспортом белка PER из ядер нейронов. У мутантных дрозофил perI530A при высокой температуре этот перенос нарушается. В итоге фосфорилирование белка замедляется, что и приводит к удлинению нормальных суточных колебаний активности. Теперь предстоит выяснить, как именно NES обеспечивает постоянную скорость транспорта при разной температуре.