CC BY
30
Время науки
The Times of science
Механцева Камилла Витальевна
Kamillla02@mail.ru Южный Федеральный Университет Академия Биологии и Биотехнологии им. Д.И. Ивановского (2 курс)
С УВАЖЕНИЕМ, РУКОВОДИТЕЛЬ ВСЕГО ЖИВОГО, ЦИРКАДНЫЙ РИТМ
научно-популярное эссе
Mekhantseva Kamilla V.
South Federal University
The Academy of Biology and Biotechnology named after D.I. Ivanovsky
(2ndyear student) SINCERELY,
THE HEAD OF ALL LIVING CIRCADIAN RHYTHM
Popular science essay
Циркадные ритмы - это внутренний механизм, который действует внутри всех живых организмов, с периодом работы около 24 часов.
Функция циркадных ритмов - помогать живым организмам адаптироваться к условиям среды. Одной из причин появления циркадных ритмов в ходе эволюции стала необходимость научиться «предсказывать» события в течение дня. Это менее энергозатратно, чем каждый раз решать, как отреагировать на ежесуточное изменение.
Исследованием циркадных ритмов занимались еще в XVIII веке. Тогда астроном Жан-Жак д'Орто заметил, что листья мимозы открываются днем на солнце и закрываются с наступлением темноты. Он провел эксперимент и поставил мимозу в темное помещение - листья растения так же продолжали открываться и закрываться. Стало ясно, что это не реакция на внешний раздражитель, а результат работы внутреннего механизма.
Рис. 1. Эксперимент Жан-Жака д'Орто
В 70-х гг. ученые провели серию экспериментов на плодовых мушках и выяснили, что сбои в их циркадных ритмах объясняются мутациями в неизвестном гене, который позже назвали Period. Позднее
Механцева К. В.
K. V. Mekhantseva
были обнаружены гены TIMELESS, BMAL, CRY, CLOCK и другие, открыт механизм их взаимодействия.
Оказалось, что механизм построен на влиянии друг на друга часовых генов и белков. В результате трансляции образуется белковая молекула, синтезированная на матрице часовых генов. Как только накапливается определенное количество белка, часовые гены отключаются, а при снижении концентрации белка включаются вновь, и процесс повторяется. Упрощенный вариант выглядит так: белки BMAL и CLOCK образуют гетеродимер и связываются со структурой ДНК, которая регулирует уровень экспрессии генов. В результате начинают синтезироваться белки PER и CRY, они также образуют гетеродимер, проникают в ядро и подавляют экспрессию генов BMAL и CLOCK. Образуются две петли взаимодействий, контролирующие друг друга.
Принцип работы центральных, расположенных в ядре гипоталамуса, и периферических клеточных часов схож, однако некоторое время не было ясно, как они связаны. Для объяснения этой связи провели опыт: взяли двух лабораторных мышей, у одной искусственно сбили циркадный ритм, затем у здоровой мыши извлекли ядро гипоталамуса и пересадили его мыши со сбитыми часами. Через некоторое время ее циркадные ритмы перестроились вслед за правильно работающим ядром.
В ходе эксперимента было доказано, что именно клеточные часы подчиняются центральным. Общий механизм работы циркадных часов организован иерархически: сигнал о количестве света поступает на сетчатку глаза, оттуда по нервам передается в гипоталамус, ядро гипоталамуса распознает сигнал, а затем в соответствии с ним контролирует работу внутренних органов и систем.
Циркадные ритмы влияют на многие процессы в организме. Прежде всего на пролиферацию клеток, старение и метаболизм. Со сбоями циркадных ритмов, возникающими при несовпадении внутренних часов с внешним циклом день-ночь, связан с огромный спектр заболеваний. Среди них выделяют ментальные расстройства (от сезонной депрессии до шизофрении), несколько видов рака, болезни печени, почек и сердца. В настоящее время продолжаются исследования по выявлению взаимосвязи возникновения различных заболеваний с работой циркадных ритмов.
Литература
1. Advanced information // The nobel prize
URL:https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2017/advanced-information (дата обращения: 20.08.2021)
2021
15
