Wpływ genów zegara biologicznego na metabolizm
Paweł Szablewski | 2008-10-11
Różne rytmy dobowe, księżycowe czy roczne sterujące naszym organizmem znane są od lat. Dokładny mechanizm ich funkcjonowania pozostaje nadal tajemnicą. Wiele z prac wskazuje na możliwość powiązania ich z działaniem niektórych genów. Najnowsze badania sugerują, że może to dotyczyć, aż jednej czwartej naszych genów.
Prace wykonali naukowcy z University of Georgia pod dyrekcją Jonathan Arnolda. Do badań wykorzystano modelowanie komputerowe, zgodne z metodą Computing Life. Całą procedurę przeprowadzono na DNA modelowego grzyba biologów Neurospora crassa. Sekwencja jego DNA znana jest od 2003 roku. Składa się z 43 milionów par zasad i około 1000 genów upakowanych w 7 chromosomach.
Mimo ponad 40 lat badań nad genami tego grzyba dotychczas jedynie dla 16 z nich, wykazano działanie pod kontrolą zegara biologicznego. Zastosowanie modelowania komputerowego pozwoliło powiększyć tę liczbę do 295 genów, co stanowi około 25 procent wszystkich genów Neurospora crassa. Okazuje się, że zegar biologiczny powiązany jest niemal z wszystkim funkcjami organizmu, poczynając od cyklu życia komórki, po przez metabolizm białek, a na procesach sygnalizacyjnych kończąc.
Jak zaznaczają sami badacze najbardziej istotny może okazać się powiązanie go z funkcjonowaniem rybosomów. Są one odpowiedzialne za budowanie białek na podstawie opisu zawartego w DNA.
O powiązaniu rytmów około dobowych z metabolizmem komórek zaznacza wcześniejsza praca zespołu Paolo Sassone-Corsi. Wykazali oni zależność pomiędzy jednym z głównych białek zegara biologicznego CLOCK, a białkiem SIRT1 regulującym jak dużo energii zużywają komórki. SIRT1 regulowanie ilości substancji odżywczych dostających się do komórki, pomaga także przy redukcji uszkodzeń (stresu) wywołanych promieniowaniem i wolnymi rodnikami.
Chociaż te białka działają niezależnie zaburzenie ich proporcji wpływa na zaburzenia funkcjonowania komórki po przez rozregulowanie czasu odpoczynku i odżywiania (produkcji). Tym samym jak sugerują badacze po przez odpowiednią dietę i poprawny czas snu można by stabilizować zależności białek SIRT1 i CLOCK.
Nieprawidłowe działanie tych białek związane jest z dysfunkcją przemian metabolicznych, bezsennością, depresją, zaburzeniami układu wieńcowo-sercowego, z rozwojem raka.
Paolo Sassone-Corsi przypuszcza, że u ludzi działanie około 15 % genów może być związane z działaniem rytmów biologicznych.
Powiązanie zegara biologicznego z metabolizmem wykazał także Carla Green z University of Virginia. Prowadził on doświadczenie na myszach. Utrzymując je na diecie wysokotłuszczowej wykazał, że osobniki pochodzące z populacji pozbawionej białek związanych z rytmami dobowymi przytyły bardzo nieznaczni podczas gdy pozostałe podwoiły swoją wagę.
Rytmy dobowe mają również znaczący wpływ na świat roślin. Już dawno zaobserwowano, że rosną one przeważnie w nocy, a nie za dnia. Proceder ten udało się wyjaśnić naukowcom z Oregon State University, University of California/San Diego i Salk Institute for Biological Studies. Powiązali oni tę zależność z funkcjonowaniem zegara biologicznego i włączaniem się genów związanych z wzrostem w zależności od intensywności naświetlenia. Analizy przeprowadzono na genomie rzodkiewnika (Arabidopsis thaliana). Badania wykazały, że niemal wszystkie geny wykazują swoją aktywność w różnych porach dnia i nocy zależnie od fazy wzrostu.
Źródło:
- eurekalert.org, 28.08.2008r., Study shows more genes are controlled by biological clocks,
-eurekalert.org, 15.08.2008r., *Biological clock* genes control plant growth,
- sciencedaily.com, 25.07.2008r., Circadian Rhythm-Metabolism Link Discovered,
- sciencedaily.com, 08.02.2008r., Changing Our Clocks: New Research Explores How Our Bodies Keep Time.