Alexander Vitkovski (alev_biz) wrote,
Alexander Vitkovski
alev_biz

Category:

Биологические часы воссоздали в лабораторных условиях

Молекулярную систему биологических часов цианобактерий удалось построить вне клеток, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Science.

Биологические часы воссоздали в лабораторных условиях

Часы составили из шести белков и фрагмента ДНК с промотором, циклически меняющим свою активность. Такая система подчинялась косинусоидальным колебаниям и позволила изучить функции белков-киназ, входящих в нее. Биологические часы в лабораторных условиях удалось воссоздать впервые.



Биологические часы — это не метафора, а настоящий молекулярный путь, который совершает суточные колебания с циклом около 24 часов. Этот биологический осциллятор регулирует циклы сна и бодрствования, пищевое поведение, а также кровяное давление и концентрации гормонов. За открытие механизма работы биологических часов даже присудили Нобелевскую премию — подробнее об этом мы писали в материале «Почувствуй ритм».

Такие циркадные ритмы существуют не только у животных, растений и грибов, но и у цианобактерий. Биохимический осциллятор у последних включает три белка Kai (с японского — цикл): A, B и С. Эти белки передают временную информацию белкам-киназам, которые в свою очередь подавляют или активируют транскрипционный фактор — а он уже взаимодействует с ДНК и влияет на активность генов. Таким образом, биологические часы — это система, циклически изменяющая активность определенных генов, а вместе с ними — и активность бактерии.

Биологические часы воссоздали в лабораторных условиях
Осцилирующая система биологических часов цианобактрий. В зависимости от фосфорилирования (голубые точки) двух аминокислот белка KaiC (оранжевый) система влияет на транскрипционный фактор RpaA (голубой) и на транскрипцию генов. Фосфорилирование меняется в зависимости от субъективного времени суток: днем транскрипция запускается, а ночью – останавливается.

Исследователи из Калифорнийского университета под руководством Арчаны Чаван (Archana G. Chavan) попробовали воссоздать биологические часы цианобактерий in vitro. Для этого к белкам системы (всем трем белкам Kai, киназам SasA, CikA и фактору транскрипции RpaA) добавили флуоресцентные метки. Кроме того, биологи использовали синтетический фрагмент ДНК, представляющий оперон биологических часов. Когда компоненты взаимодействовали друг с другом, флуоресцентные метки изменяли свечение, интенсивность которого изменяли при помощи ридера флуоресценции.

Оказалось, данные экспериментов действительно подчиняются косинусоидальной функции с периодом примерно в 24 часа, где пик активации фактора транскрипции приходился где-то на 14 часов. По полученным данным исследователи проанализировали функции белков SasA и CikA в передаче сигнала от трех Kai к транскрипционному фактору. Они показали, что эти белки выполняют не только функцию передатчиков, но и участвуют в колебаниях осциллятора: при добавлении SasA смесь из KaiA, KaiB и KaiС начала показывать циклические изменения в связывании фактора транскрипции RpaA с ДНК (то есть в активности генов в бактерии). Оказалось, SasA рекрутирует KaiB к гексамеру KaiС, чем активирует колебания. CikA также восстанавливал колебания в низких концентрациях KaiA.

Воссоздать модель биологических часов вне живой клетки удалось впервые. Исследователи считают, что такой механизм позволит подробнее изучить физиологические эффекты, которые зависят от времени суток. В дальнейшем биологи предлагают имплантировать такие часы в искусственные клетки, чтобы контролировать не только сам осциллятор, но и процессы транскрипции и синтеза белка.

Циркадные ритмы играют важную роль не только в процессах сна и бодрствования, но и связаны с различными нарушениями. Так, например, изменение работы биологических часов может привести к ночным обострениям астмы, а их остановка даже вызвать воспаление мозга.

Автор: Анна Муравьёва





Ссылка на источник

Tags: биологические часы, биология, физиология, циркадные ритмы
Subscribe

Posts from This Journal “циркадные ритмы” Tag

Buy for 20 tokens
По поводу моего вчерашнего поста "Я разорён", каюсь, был не прав, однако получил очень полезный фитбек. Об этом подробно... (фото: Яндекс Картинки, кадр из к/ф Во все тяжкие) Возможно было глупо использовать стандартную подачу информации, а именно "кликбейт", когда пишу…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 1 comment