Циркадные ритмы и регуляция генов

Почти все живые организмы, от микроорганизмов до млекопитающих, синхронизируют свои поведенческие, биохимические и физиологические процессы в соответствии с 24-часовым солнечным циклом, или циркадными часами.

Циркадные часы в первую очередь контролируются определенными механизмами, а у млекопитающих супрахиазматическое ядро, присутствующее в гипоталамусе, действует как главные часы и контролирует циркадные ритмы по всему телу.

Тем не менее, большинство клеток в организме также имеют внутренний циркадный ритм. Циклическая картина экспрессии генов в этих клетках управляет циркадными часами на уровне организма.

Лежащая в основе генетика циркадных ритмов на клеточном уровне была классически изучена у дрозофилы, где набор часовых генов регулирует циркадный ритм клетки через петлю отрицательной обратной связи.

В течение дня факторы транскрипции, Clock и Cycle, гетеродимеризуются и активируют транскрипцию своих генов-мишеней, включая ген Period, также известный как Per.

Белок Per димеризуется с другим белком, называемым Timeless или Tim. Однако оба эти белка не очень стабильны в присутствии света и впоследствии разрушаются под действием протеасомы.

В течение вечера стабильный комплекс Per/Tim может накапливаться в цитоплазме клетки, а затем перемещаться в ядро, где он связывается с димером часового цикла и удаляет его из ДНК, тем самым подавляя его транскрипционную активность.

В дополнение к этой регуляции отрицательной обратной связи, другие регуляторные белки в клетке также участвуют в модуляции активности Clock.

Например, Clockwork Orange является транскрипционным репрессором, который одновременно подавляет транскрипционную активность Clock-cycle вместе с Per, конкурируя за сайт связывания на ДНК.

Поскольку циркадные ритмы играют важную роль в координации нормального функционирования организма, любое нарушение в нем может привести к незначительным и тяжелым заболеваниям, включая метаболические синдромы и воспалительные заболевания, а также рак.