Исследование раскрыло циркадный часовой механизм плодовой мушки

Чем выше температура, тем быстрее протекают физиологические процессы. Однако есть и исключение: так называемые циркадные часы, которые регулируют цикл сна-бодрствования в организме. Интересным вопросом для ученых является то, почему внутренние часы работают практически неизменно, несмотря на колебания температуры. Это явление известно как температурная компенсация. Исследования показывают, что этому способствуют различные молекулярные механизмы.

Группа биологов под руководством проф. Ральф Станевски из Университета Мюнстера в Германии в сотрудничестве с командами из Университета Далхаузи в Канаде и Университета Майнца в Германии нашла важную часть головоломки, которая отвечает на этот вопрос. Результаты их работы были опубликованы в журнале Current Biology.

Команда обнаружила точечную мутацию у плодовой мушки Drosophila melanogaster, которая вызывает зависящее от температуры увеличение периодов циркадных часов. Она расположена в центральном «часовом гене», известном как «период» (per). Мухи, имеющие эту мутацию perI530A, демонстрируют нормальные ритмы сна и бодрствования в течение 24 часов при температуре 18 градусов Цельсия. И наоборот, при температуре 29 градусов Цельсия внутренние часы работают на пять часов медленнее, а значит, их хватает на 29 часов. Это удлинение периодов также влияет на экспрессию, другими словами, на активность гена периода в нейронах часов мозга.

Обычно рассматриваемый белок (PERIOD) в течение 24 часов претерпевает постепенное химическое изменение — в частности, он становится фосфорилированным. После максимального фосфорилирования он деградирует. Опять же, этот процесс обычно происходит при температуре от 18 до 29 градусов Цельсия, при которой активны плодовые мухи. Как показали исследователи, фосфорилирование происходит в мутанте perI530A в норме при температуре 18 градусов Цельсия, но уменьшается с повышением температуры. Это приводит к стабилизации белка PERIOD при более высоких температурах.

Мутация, которую исследовала команда, затрагивает так называемый сигнал ядерного экспорта (NES), который в таком виде также встречается в генах периодов млекопитающих и играет роль в транспорте белков периодов из клеточного ядра. Биологическая функция этого экспорта из клеточного ядра ранее была неизвестна. Настоящее исследование показывает, что мутация приводит к длительному удержанию белка PERIOD в клеточном ядре центральных сентинельных нейронов — и опять же, только при более высоких температурах.

«Поэтому, — говорит Ральф Станевски, — мы считаем, что экспорт белков из клеточного ядра играет важную роль в температурной компенсации — по крайней мере, что касается дрозофилы».

В своем исследовании ученые использовали мутанты гена плодовой мушки perI530A, которые они получили с помощью современных методов молекулярной генетики (CRISPR/Cas9 мутагенез и гомологичная рекомбинация). Затем этих насекомых протестировали, чтобы выяснить, меняется ли их цикл сна-бодрствования и, следовательно, их беговая активность в зависимости от температуры окружающей среды.

Используя различные методы, исследователи визуализировали гены часов и их активность в нейронах мозга. Одним из методов, который они использовали, был новый метод под названием локально активированная биолюминесценция (LABL), который команда Мюнстера разработала в сотрудничестве с исследователями из Канады. Этот метод, включающий биолюминесценцию, позволяет измерять ритмическую экспрессию генов в дозорных нейронах, которые составляют лишь небольшую часть всех нейронов мозга, у живых мух.

Эксклюзивный перевод*

Фото: Wikimedia Commons

Поделиться:

Подписывайтесь на краткие, но содержательные новости со всего мира
глазами молодого поколения в Телеграм и ВКонтакте.

Почитайте также

Антибиотик двойного действия может сделать устойчивость бактерий невозможной

4 Согласно новому исследованию, проведенному Чикагским университетом Иллинойса, новый антибиотик, который действует путем разрушения двух …