Русский Репортер: Где в клетке спрятаны часы

Соловьи поют днем, цикады вечером, домашние коты почему-то просят поесть с самого утра, а жители Петербурга и Мурманска часто мучаются бессонницей во время белых ночей. В каждом из нас тикают свои биологические часы — но какие именно процессы скрываются за движением их стрелок? Лауреаты Нобелевской премии 2017 года в области физиологии и медицины, американские исследователи Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг на примере мушек-дрозофил смогли разобрать этот механизм по шестеренкам и увидеть: часы спрятаны не только в каждом живом существе, но и почти в каждой клетке нашего организма. О том, что такое циркадные ритмы, как их не нарушить и можно ли из «совы» переквалифицироваться в «жаворонка», рассказала доктор биологических наук, член Европейской ассоциации нейробиологов, профессор СПбГУ Марина Чернышева.

В организме человека и всех живых существ есть специальные сlock-белки — вещества с удивительными функциями, которые синтезируются во всех клетках, имеющих ядро. Они выполняют роль маленьких часиков: часть белков активируется утром, запуская обмен веществ в клетке, другие вечером, тормозя метаболизм. Их взаимодействие проходит цикл от 20 до 28 часов, то есть в среднем около суток. Так и получается циркадианный, или циркадный, ритм (от латинского circa — «около» и dies — «день»).

Механизм клеточных часов есть не только у плодовых мух, но и у человека, растений, животных, цианобактерий и даже у грибов.

Исследования сlock-белков начались еще в 70-х годах, когда калифорнийские ученые смогли найти первый из «часовых» генов — period, влияющий на циркадный ритм. Их работу продолжили сегодняшние лауреаты Нобелевской премии Джеффри Холл и Майкл Росбаш из Брандейского университета, а также Майкл Янг из университета Рокфеллера в Нью-Йорке. Исследователям удалось изолировать ген period, а также на примере мушек-дрозофил увидеть, как белок PER, кодируемый этим геном, накапливается ночью и разрушается днем, задавая такт работы множества клеток.

Если в каком-то из сlock-белков появляются мутации, то нарушаются различные ритмы живого организма: сна и бодрствования, двигательной активности, пищеварения.

Если человек не спит по ночам, это может привести не только к бессоннице или депрессии, но и к диабету второго типа и даже к онкологическим заболеваниям.

Что же влияет на циркадные ритмы? Множество факторов: солнечный свет, изменения магнитного поля Земли, высокие дозы кислорода, разные токсические вещества. Работа ночью, длительные авиаперелеты, смена часовых поясов — все это может сбить с толку хрупкий механизм, однако постараться откалибровать свои клеточные часы все же можно. Важную роль в работе циркадных ритмов играют ретиноиды — производные витамина А, поэтому, чтобы нормализовать сон и бодрствование, стоит почаще есть морковку и другие красные овощи. Но не стоит пытаться кардинально перестроить работу своего организма — к примеру, из «совы» становиться «жаворонком».

За эту особенность тоже ответственны наследуемые гены, поэтому любые попытки сдвинуть период активности, допустим, с 14 часов (как это бывает у «сов») на более раннее время могут закончиться самыми разными проблемами: от бессонницы до нарушений работы головного мозга.

Благодаря открытию циркадных ритмов мы стали понимать один из механизмов возникновения целой группы заболеваний. Получается, что, восстанавливая нормальное взаимодействие между сlock-белками, мы сможем лечить, к примеру, диабет второго типа и другие недуги, причем на генном уровне. Так что исследования нобелевских лауреатов, возможно, станут толчком к новым открытиям — в первую очередь в области медицины.