Исследователи из Юго-западного медицинского центра Университета штата Калифорния обнаружили новый способ, которым внутренние часы тела регулируются с помощью молекулы, известной как длинная некодирующая РНК.
Внутренние часы организма, называемые циркадными часами, регулируют суточную "ритмы" многих функций организма, от бодрствования и сна до температуры тела и голода. Они в значительной степени "настроен" на 24-часовой цикл, на который влияют внешние сигналы, такие как свет и температура.
"Хотя мы знаем, что длинные некодирующие РНК в изобилии присутствуют во многих организмах, что они делают в организме и как они это делают, до сих пор неясно," сказал доктор. И Лю, профессор физиологии. "Наша работа устанавливает роль длинных некодирующих РНК в «настройке» циркадных часов, но также показывает, как они контролируют экспрессию генов."
Определение того, как работают циркадные часы, имеет решающее значение для понимания ряда заболеваний человека, включая нарушения сна и депрессию, при которой часы работают со сбоями. Влияние функциональных часов проявляется в снижении производительности сменных рабочих и смене часовых поясов, которые ощущают путешественники на дальние расстояния.
Доктор. Лю и его команда смогли узнать больше о циркадных ритмах, изучая модельные системы, включающие хлебную плесень, Neurospora crassa. Исследователи обнаружили, что экспрессия часового гена, названного частотой (frq), контролируется длинной некодирующей РНК с названием qrf (frq backwards) – молекулой РНК, которая является комплементарной или антисмысловой по отношению к frq. В отличие от обычных молекул РНК, qrf не кодирует белок, но может контролировать, продуцируется ли белок frq и в каком количестве.
В частности, РНК qrf вырабатывается в ответ на свет и затем может мешать выработке белка frq. Таким образом, qrf может "сброс настроек" циркадные часы в зависимости от света. Это регулирование работает в обоих направлениях: frq также может блокировать производство qrf. Это взаимное ингибирование обеспечивает присутствие молекул РНК frq и qrf в противоположных направлениях "фазы" часов и позволяет каждой РНК устойчиво колебаться. Без qrf нормальные циркадные ритмы не поддерживаются, что указывает на то, что для работы часов требуется длинная некодирующая РНК.
Результаты опубликованы в Интернете в журнале Nature.
"Мы ожидаем, что аналогичный механизм действия может действовать и в других организмах, потому что аналогичные РНК были обнаружены для генов часов у мышей. Кроме того, такие РНК могут также функционировать в других биологических процессах из-за их широкого присутствия в геномах," сказал доктор. Лю, Луиза В. Кан стипендиат биомедицинских исследований.
Исследователи UT Southwestern являются лидерами в разгадывании генных сетей, лежащих в основе циркадных часов, и показали, что большинство органов тела, таких как поджелудочная железа и печень, имеют свои собственные внутренние часы, и что практически каждая клетка человеческого тела содержит часы. Теперь выясняется, что часы и гены, связанные с часами – было идентифицировано около 20 таких генов – влияют практически на все метаболические пути клеток, от регулирования уровня сахара в крови до выработки холестерина.
Другие исследователи из Юго-Западного штата Юго-Запад, участвовавшие в последних исследованиях, включают доктора. Чжихун Сюэ, Цяохун Е, доктор. Чучен Ян и доктор. Гуанхуа Сяо. Поддержка этого исследования включала гранты от Национальных институтов здравоохранения, Фонда Уэлча, Техасского научно-исследовательского института профилактики рака и Совета по исследованиям биотехнологии и биологических наук.
"Это исследование дополняет важную работу, которая показала повсеместное распространение циркадных часов у разных видов, включая людей, и их роль в регуляции метаболизма в клетках, органах и организмах," сказал доктор. Майкл Сесма, программный директор отдела генетики и биологии развития Национального института общих медицинских наук при Национальном институте здравоохранения, который частично профинансировал исследование. "Эти новые результаты доктора. Лю и его коллеги также выходят за рамки понимания функции антисмысловой РНК в точной настройке суточного ритма клетки; они представляют собой пример средств, с помощью которых антисмысловая транскрипция, вероятно, регулирует другие ключевые молекулярные и физиологические процессы в клетках и организмах."