Исследования Университета Массачусетса в Амхерсте, посвященные генетическим мутациям, влияющим на циркадные ритмы, позволяют по-новому взглянуть на цикл отдыха и бодрствования и дают новую модель для изучения болезней человека и, в конечном итоге, для разработки методов лечения.

Нарушения внутренних часов организма, которые координируют биохимические, физиологические и поведенческие процессы, связаны с рядом заболеваний, включая рак, сердечно-сосудистые заболевания и восприимчивость к инфекциям, а также с повышенным риском несчастных случаев. Распространенными нарушениями циркадных ритмов являются смены часовых поясов и сменная работа, которой занимаются около 30 миллионов человек в США.

Мы изучаем две мутации, обе из которых влияют на нашу способность реагировать на сдвиги светового цикла. Оба ускоряют ход часов. Они показывают, насколько мы уязвимы к сбоям в светлом: темном графике».

Эрик Биттман, нейробиолог, заслуженный профессор биологии

У млекопитающих циркадные ритмы генерируются внутренне главным водителем ритма в супрахиазматическом ядре гипоталамуса в головном мозге. Кроме того, каждая клетка тела имеет свои собственные циркадные часы, которые координирует главный водитель ритма. В нормальной, светло-темной и изменчивой среде циркадные часы создают 24-часовые циклы. Однако в постоянных условиях, например при изучении хомяков в темноте, ритмы формируют циклы, период которых больше или меньше 24 часов.

«Это показывает нам, что существует некий внутренний механизм, который генерирует ритмичность, и что животные используют сигналы из окружающей среды, наиболее мощным из которых является цикл свет:темнота, чтобы синхронизировать его ровно до 24 часов». — говорит Биттман.

В предыдущем исследовании Биттман и его команда определили рецессивную мутацию, которую они назвали дупер, как дефект в гене циркадного регулятора Cryptochrome 1 (CRY1) сирийских хомяков. Улучшив проект генома хомяка с помощью быстрого картирования гомозиготности, они создали современную модель генетических исследований для изучения болезней человека.

В последующей статье, опубликованной недавно в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) , исследовательская группа сосредоточилась на влиянии обмана на генетически измененных хомяков. Ученые идентифицируют ранее не подозревавшиеся функции CRY1 в циркадном увлечении, то есть синхронизации биологических часов с внешними сигналами и сердечными заболеваниями.

Nordic Naturals, Ultimate Omega, со вкусом лимона, 640 мг, 180 капсул

«Duper ускоряет ход часов в постоянных условиях и позволяет им смещаться на целых 180 градусов в ответ даже на краткий импульс света», — объясняет Биттман. «Мы подозреваем, что это может иметь значение для понимания последствий смены часовых поясов и сменной работы».

Органы тела переустанавливают свои часы с разной скоростью после нарушения циркадного ритма. Считается, что это временное смещение вызывает неблагоприятные последствия для здоровья, связанные со сменной работой. «Почти все наши физиологические процессы ритмичны», — говорит Биттман.

Исследователи обнаружили, что у хомяков-супермутантов ускорение циркадного повторного увлечения происходит независимо от ускорения хода часов. Стремясь лучше понять последствия нарушения циркадных ритмов для здоровья, исследователи изучили влияние дуперов и фазовых сдвигов на хомячьей модели болезни сердца, которая, как известно, усугубляется фазовыми сдвигами.

Имитация смены часовых поясов в виде восьмичасового фазового сдвига каждую вторую неделю сокращала продолжительность жизни хомячков с кардиомиопатией. Однако укороченная продолжительность жизни у тупых хомяков обратилась вспять, поскольку мутация ускорила их адаптацию к сдвигу световых и темных циклов. Биттман говорит, что полученные результаты помогут точно определить пути, задействованные в биологических часах человека.

«Для людей с синдромом смены часовых поясов или для миллионов посменных рабочих могут потребоваться дни, а иногда и недели, чтобы тело — различные органы — вернулись к своим нормальным временным отношениям», — говорит он. Многие из нас нарушают нашу циркадную систему, когда мы подвергаемся воздействию света поздно вечером, например, когда смотрим на экраны мобильных телефонов и компьютеров. «Может пройти несколько недель, прежде чем ваш мозг установит правильные отношения с печенью и почками», — добавляет Биттман.

Исследование показывает, что всем нам нужно помнить о том, как окружающая среда влияет на наши биологические часы. В частности, больницы должны быть чувствительны к времени света и темноты в палатах пациентов. «Нам нужно обратить внимание на временные отношения между органами и между главными часами и мозгом, а также на то, как они регулируют часы в мозгу, а также в периферических органах, и быть чувствительными к свету и темноте». — говорит Биттман.

Кроме того, понимание ритмов органов является решающим аспектом при выборе времени лечения. «Очень много лекарств, которые вводят, более эффективны в одно время дня, чем в другое, потому что циркадные часы регулируют все эти метаболические пути, на которые на самом деле нацелены эти лекарства», — говорит Биттман.

Текущие исследования будут сосредоточены на выявлении основных механизмов биологических часов и их роли в развитии болезней.