Мутации в «гене жаворонка» помогли понять, как работают суточные ритмы

Суточные ритмы имеют огромное значение для здоровья человека. Они позволяют синхронизировать различные физиологические процессы, обеспечивать чередование сна и бодрствования и необходимый для организма отдых.

Однако как именно происходят регуляции ритмов и их перестраивание — например, при переезде в другой часовой пояс или изменении длины светового дня? На этот вопрос ответили авторы статьи, которые узнали много нового о работе «биологических часов» на молекулярном уровне.

Разобраться в регуляции суточного цикла помог ген, связанный с наследственным заболеванием, — это так называемый синдром жаворонка, или синдром фазового опережения сна (Familial Advanced Sleep Phase Syndrome, FASP). У заболевших есть мутации в гене Per1, а именно — в той его области, которая называется так же, как их болезнь, — FASP. Из-за них такие люди страдают от преждевременных пробуждения и засыпания — это ярко выраженные «жаворонки». Суточные циклы у них заметно короче: длятся не 24, а всего около 20 часов.

Люди с FASP словно живут с постоянным джетлагом, то есть со сбитыми «биологическими часами», которые никак не могут настроиться. Ученые знают об этой «поломке» биоритмов уже более 20 лет, но ее детали на уровне молекул стали известны лишь сейчас.

В новой работе использовали культуры клеток — как человеческих, так и дрозофилы. Оказывается, в клетках этого популярного среди биологов насекомого есть очень похожая система настройки «биологического хронометра».

Ключевое значение для суточных ритмов человека играют белки под названием Period (также PER). Их состояние изменяется за счет присоединения остатков фосфорной кислоты специальным ферментом — казеинкиназой 1. Это так называемое фосфорилирование белков PER может как сделать их стабильными, так и ускорить их разрушение и тем самым уменьшить продолжительность суточного цикла.

Ученые выяснили, что в действительности белок Per имеет две области, к которым могут прикрепляться остатки фосфорной кислоты. Если они соединяются с областью FASP, мутированной у «наследственных жаворонков», белок становится более стабильным, а активность фермента казеинкиназы снижается. Если фосфорилирование происходит по другой области, Per быстрее разрушается.

Именно динамичный баланс между стабильностью и распадом этого белка поддерживает нужную длительность суточного цикла и позволяет менять ее при необходимости.

Ученые убеждены, что новые данные о работе «молекулярных часов» помогут с поиском способов лечения различных нарушений сна и биологических ритмов.