Биологи выяснили, почему циркадные ритмы не зависят от температуры
Чем теплее среда, тем быстрее протекают физиологические процессы. Однако суточные колебания активности происходят равномерно, независимо от температуры. Немецкие ученые показали, что эта стабильность связана с транспортом белка, контролирующего циркадные ритмы, из ядра в цитоплазму клетки.
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.
Telegram 
Дзен 
VK 
