Новости и мнения

Млекопитающие могут иметь 12-часовые часы

Данные указывают на пики в экспрессии генов утром и вечером, которые отличаются от циркадных циклов день-ночь.

Along with their standard 24-hour circadian cycle, mammals may also harbor a distinct 12-hour clock, scientists report today (June 6) in Cell Metabolism . Наряду со своим стандартным 24-часовым циркадным циклом, млекопитающие могут также иметь отличные 12-часовые часы, сообщают ученые сегодня (6 июня) в клеточном метаболизме .

Исследователи во главе с Бертом О’Мэлли из Медицинского колледжа Бейлора в Хьюстоне, штат Техас, идентифицировали набор генов метаболизма и стресса в клетках печени мыши, которые следовали паттерну экспрессии в 12-часовом цикле – начиная с утра и снова в вечер. Команда О’Мэлли также обнаружила, что 12-часовые часы, в отличие от 24-часовых циркадных часов, управляют этим утренним и вечерним ритмом в экспрессии генов.

Ученые предполагают, что происхождение часов может быть связано с первоначальной эволюцией организмов в океане миллионы лет назад.

«Это провокационный аргумент», – говорит биологу из Кембриджского университета Майкл Хастингс в интервью по телефону. Он настороженно относится к утверждению об эволюционной связи между 12-часовыми часами у морских существ и 12-часовыми циклами у млекопитающих. Тем не менее, он благодарит команду за использование «кросс-биологического» подхода к изучению 12-часовых ритмов экспрессии генов у ряда животных.

В прошлых исследованиях исследователи показали, что прибрежные морские животные, такие как ракообразные Eurydice pulchra, имеют доминирующие часы тела, управляемые 12-часовым приливом и отливом. Ритмы экспрессии генов каждые 12 часов также были обнаружены у млекопитающих, таких как мыши. Однако вопрос о том, управляются ли 12-часовые ритмы млекопитающих циркадными часами организма или что-то еще, остается загадкой.

Заинтересовавшись этим вопросом, а также наблюдениями о том, что время дня может повлиять на способность людей ясно мыслить, справляться со стрессом и реагировать на лекарства , О’Мэлли и его коллеги стали более внимательно изучать 12-часовые ритмы экспрессии генов млекопитающих. В новом исследовании они проанализировали данные по экспрессии генов 18,108 генов печени мыши. Используя математическую технику, разработанную учеными из Университета Райса, команда определила 3652 гена с 12-часовыми ритмами, которые, как представляется, не связаны с циркадными часами мыши.

Чтобы определить, были ли гены фактически управляться отдельными часами, группа исследователей изучила данные о секвенировании РНК у мышей дикого типа и нокаутированных мышей, у которых отсутствует мастер-циркадный тактовый ген BMAL1 . Если 12-часовые часы были независимы от циркадных часов, как предположила команда, то 12-часовые ритмы должны быть более заметными в экспрессии генов у нокаутированных мышей. Из 91 изученного нами гена 44 выявили заметные 12-часовые ритмы в отсутствие BMAL1 . Мыши с мутантной формой мастер-циркадного гена CLOCK демонстрировали одинаково ощутимые 12-часовые ритмы.

«Мы исключили циркадные часы и удалили факторы транскрипции, которые контролируют 24-часовой цикл, и все же увидели 12-часовой цикл», – говорит О’Мэлли в интервью с The Scientist по телефону. Это говорит о том, что 12-часовой цикл имеет приводной механизм, независимый от циркадных часов. Эти 12-часовые часы, отмечает он, возможно, были упущены в предыдущих исследованиях, потому что 24-часовой цикл более очевиден, чем 12-часовой; это могло быть проигнорировано как «неспецифический базовый шум».

Дополнительный анализ показал, что ген стресса XBP1 помогает регулировать 12-часовые часы в клетках печени мышей. Этот ген был привязан к циркадным часам в предыдущих исследованиях. Но, используя свою математическую технику на данных одноклеточной покадровой микроскопии, исследователи определили 12-часовой ритм и утверждают, что, следовательно, он отличается от циркадных часов.

Сатчидананда Панда из Института Солка, который не участвовал в исследовании, пишет в электронном письме Ученому, что наблюдения «интересны», в частности, указание на то, что может существовать транскрипционный механизм, аналогичный тому, который известен для 24-часового циркадного ритма. , «Надеемся, что это наблюдение приведет к выявлению дополнительных регуляторов и механизмов, которые управляют этим 12-часовым ритмом, опосредованным XBP1», – сказал он.

После определения 12-часовых часов команда О’Мэлли хотела выяснить, где они могли появиться. Команда изучила данные о ракообразном E. pulchra , который, как было показано, имеет 12-часовые часы, связанные с приливами, а также гены, участвующие в питании и стрессе у C. elegans . Сравнивая ритмы ракообразных, нематод и млекопитающих, команда доказывает, что 12-часовые часы развивались отдельно от циркадных часов и могли происходить из происхождения организмов в океанах.

О’Мэлли говорит, что следующий шаг – посмотреть на физиологические сигналы, которые приводят в действие 12-часовые часы, и определить, как они могут относиться к 12-часовым циклам экспрессии генов у людей.

B. Zu et al., «Клеточно-автономные млекопитающие, работающие в течение 12 часов, координируют метаболические и стрессовые ритмы», Cell Metabolism , doi: 10.1016 / j.cmet.2017.05.004, 2017.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *