У большинства живых организмов есть суточные, или циркадные, ритмы — периодические изменения в поведении и физиологии, подчинённые смене дня и ночи. Самое очевидное проявление циркадного ритма — цикл сон-бодрствование: ночью мы спим, днём — нет. Биологические часы подстраиваются под освещение: информация о том, темно вокруг или светло, идёт от глазной сетчатки в специальный нейронный центр в мозге под названием супрахиазмальное (или супрахиазматическое) ядро, которое играет роль «главных часов» и задаёт ритм всему организму. В то же время суточные ритмы достаточно постоянны: если перелететь через несколько часовых поясов, то возникнет джетлаг, несоответствие нашего ритма с фактической сменой дня и ночи. То есть биологические часы ориентированы на ту часовую зону, в которой мы привыкли жить.
И тут стоит вспомнить, что, даже постоянно находясь на одном и том же месте, мы сталкиваемся с тем, что граница между днём и ночью смещается то вперёд, то назад. Речь идёт о сезонных изменениях в световом дне: зимой день короткий, а ночь длинная, летом же — наоборот. Конечно, уменьшение или увеличение светового дня происходит постепенно, это не то же самое, что самолётный перелёт, однако изменения всё равно оказываются большими, а никакого серьёзного дискомфорта мы не испытываем. Вероятно, в наших внутренних часах есть какое-то устройство, которое вносит сезонную поправку в их ход.
В статье в журнале «Cell Reports» исследователи из Университета Торонто и Университета Оттавы (Канада) описывают ген, который как раз служит сезонным регулятором. Ген кодирует одну из микрорегуляторных РНК (под названием miR-132/212). Микрорегуляторные РНК, во-первых, довольно короткие, а во-вторых, в отличие от «обычных», больших матричных РНК, не несут никакой информации о белках, но при том сильно влияют на синтез белков.
Та микрорегуляторная РНК, которую изучали Люсия Мендоза-Виверос и её коллеги, регулирует синтез некоторых белков в нейронах супрахиазмального ядра. Дальнейшие эксперименты показали, что от этих белков зависит структура нервных клеток, а именно формирование дендритных шипиков. Такие шипики — места потенциального контакта одного нейрона с другим — место для появления синапса. Иными словами, от того, где и как появляются дендритные шипики, зависит формирование и распад нейронных цепочек.
Когда у мышей отключали ген микрорегуляторной РНК miR-132/212 (соответственно сама РНК исчезала из нейронов), то нервные клетки у животных начинали выглядеть иначе и, что самое важное, мыши легче приспосабливались к зимнему расписанию с восемью часами дня и шестнадцатью часами ночи, которое им искусственно устраивали в лаборатории.
Тогда исследователи взяли хомячков, у которых сезонное поведение проявляется очень заметно: к зиме они набирают вес и впадают в спячку. Хомякам также устроили зимнюю смену дня и ночи, и грызуны, как и ожидалось, начали набирать вес. Но одновременно в их «мозговых часах» очень сильно упала активность гена сезонной микроРНК и соответствующим образом изменились нейроны — и уровень микроРНК, и вид нейронов стали такими же, как у мышей, у которых ген микроРНК полностью выключали.
Что это значит? Это значит, что микрорегуляторная РНК, управляя синтезом белка в «часовых» нервных клетках, помогает им подстроиться к изменениям в длительности дня и ночи, которые естественным образом происходят в течение года. У животных с резко выраженной сезонностью активность «сезонного гена» меняется очень сильно; у животных, которые не впадают в спячку и не накапливают жир на всю зиму, активность «сезонного гена» меняется в меньшей степени, хотя всё равно меняется. Конечно, возникает вопрос: как сам ген узнаёт, какое на дворе время года? Скорее всего, есть какие-то молекулярно-клеточные сигналы, которые управляют его активностью (действительно, вряд ли сезонная коррекция хода биологических часов зависит от одной-единственной молекулы). Известно, что нарушения в циркадных ритмах плохо сказываются на здоровье, но, возможно, в будущем такие нарушения можно будет исправлять, действуя через сезонный регулятор биологических часов.
