Как работают «клеточные часы» в организме человека

Сто лет назад, 14 июля (1 июля по старому стилю) 1917 года, в России впервые перевели стрелки часов с зимнего времени на летнее. Тут мы последовали за Великобританией, которая первая из всех стран еще в 1908 году в целях экономии энергии сдвинула ритмы социальной жизни ближе к границам светового дня. С тех пор не утихают споры хронобиологов: стоит ли резко менять уклад жизни миллионов людей или сдвиг не сильно влияет на биоритмы?

Если какой-то процесс, отклонившись от начального уровня, возвращается к нему же, это называется циклом, а если циклы повторяются несколько раз, говорят о ритмах. Биоритмов в организме человека — более трехсот: суточные, месячные, годовые… В своих исследованиях хронобиологи ушли уже очень далеко, поставив опыты по извлечению отдельной клетки и проанализировав ее индивидуальные ритмы. Оказалось, что маленькая клеточка продолжает жить вне организма, соотнося свою активность с устоявшимися биоритмами. Более того, активность клетки из организма человека-«совы» будет отличаться от активности взятой у «жаворонка».

Получается, что внутри каждой из триллиона человеческих клеток спрятаны часы, которые отсчитывают собственное время? Как они работают?

Оказывается, существуют специальные «часовые гены», которые регулируют образование белков, ответственных за проявление активности. Первый такой ген нашли в геноме мушки-дрозофилы, его назвали Period, или Per. Потом стало ясно, что подобных генов несколько: BMal, Clock, Per, Cry, Rev-erbα, Rora и другие. После того как ученые научились отключать их, стало ясно, что, например, без гена Cry1 суточный цикл становится укороченным, а без Cry2 — удлиненным. Если же выключить два этих гена, животное (опыты проводились на мышах) полностью теряет чувство времени.

Выяснилось, что причины синдрома раннего засыпания или позднего просыпания также можно найти в генах. «Виновником» раннего засыпания может быть мутация в гене hРer2 (h здесь от human — человеческий), а позднее просыпание связывают с изменившимся геном hPer3.

Однако здесь речь идет о нарушениях, болезнях, а как же регулируются здоровые клетки? Процесс запускают солнечные лучи. Начинают работать центральные часы организма, расположенные в головном мозге и состоящие из двух основных элементов — супрахиазматических ядер (СХЯ) гипоталамуса и эпифиза.

Cхема работы циркадной системы человека
Cхема работы циркадной системы человека

Супрахиазматические ядра способны поддерживать автономный околосуточный ритм электрической активности и навязывают его внутриклеточным часам.

Внутриклеточные часы также относительно автономны: они могут поддерживать ритм активности в течение нескольких суток и даже недель при полной темноте. «Циферблат» этих часов разбит на две части, «день» и «ночь», а «стрелками» служат «превращения» белков-активаторов BMal1 и Clock. Эти белки сначала накапливаются в цитоплазме (см. начальную иллюстрацию статьи), потом переходят в ядро клетки и там прикрепляются к специальному участку на ДНК, который называется E-box.

При этом включаются в работу часовые гены Per и Cry. Это происходит рано утром. К полудню вырабатывается максимальное количество белков Per и Cry. Ночью они постепенно возвращаются в ядро и гасят активность белков BMal1 и Clock, образуя с ними прочный комплекс, что приводит к блокировке генов Per и Cry. Потом Per и Cry постепенно распадаются, высвобождаются молекулы BMal1 и Clock, чтобы начать новый суточный цикл.

Из-за того, что все органы человека синхронизированы, и существует джетлаг (синдром смены часового пояса). Из-за рассинхронизации бодрствования человека с суточным циклом Земли, как доказано во многих исследованиях, возникают различные болезни, падает иммунитет, люди чувствуют усталость.

Поэтому возможность сдвинуть биоритмы изучают во многих лабораториях мира, в частности в Самарском национальном исследовательском университете имени академика С. П. Королева. Ученые кафедры физиологии человека и животных под руководством доктора биологических наук, профессора Алексея Инюшкина проводят эксперименты по перенастройке биологических часов с помощью регуляторов, которые влияют на аппетит и метаболизм, — это лептин, аргинин-вазопрессин и вазоактивный интестинальный пептид. Главный вопрос: как эти регуляторы воздуйствуют на активность клеток в супрахиазматическом ядре? Последние данные говорят о том, что, возможно, скоро ученые смогут предложить людям, мучающимся от смены поясов при длительных перелетах, «лекарство от джетлага».

«Мы регистрируем активность нейронов в супрахиазматическом ядре в течение многих суток и фиксируем ритм — днем активность клеток растет, ночью снижается, — поясняет Алексей Инюшкин. — Потом добавляем вещество: если оно сдвинет синусоиду вперед или назад, то, значит, есть возможность регулирования биологических ритмов. Правда, пока получается сдвигать активность на час-два, но это — многообещающие результаты.  Например, можно помочь человеку раньше вставать!»

Что касается перехода на зимнее или летнее время, ученый абсолютно уверен: лучше не пытаться искусственно влиять на биологические ритмы. Или делать это медленнее, скажем, осуществлять переход в течение недели.

РИА Новости https://ria.ru/science/20170714/1498458239.html

Aliexpress INT

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

Добавить комментарий