Часовые гены меняются с возрастом

По мере старения на смену одним генам, подчиняющимся суточным ритмам, приходят другие.

Нет нужды еще раз напоминать, сколь многое в живом организме зависит от суточных ритмов: это не только чередование сна и бодрствования, но и особенности формирования памяти, перестройка нейронных цепей, иммунитет, обмен веществ и пр. И сон, и иммунитет, и все-все-все управляются огромным числом генов, и ритмические изменения обусловлены тем, что в разное время суток многие из них работают по-разному, их активность то повышается, то понижается.

Если же в ритмах появляются какие-то неполадки, если гены, например, начинают активироваться в неположенное время, или у них вообще исчезает ритмическая активность, то у организма начинаются серьёзные проблемы. Например, известно, что из-за испорченных «часов» развиваются нейродегенеративные процессы, усиливается внутриклеточный стресс, начинаются проблемы с метаболизмом. То же самое, кстати говоря, происходит и с возрастом, поэтому принято было считать, что возрастные заболевания возникают, в том числе, и из-за поломок в регуляции суточных ритмов.

Биологические часы действительно меняются по ходу жизни, однако здесь все дело, видимо, не только и не столько в общем затухании, «выпрямлении» ритмов. Исследователи из Университета штата Орегон решили сравнить, как с возрастом меняются часы у мух дрозофил.

Известно, что активность гена можно определить по количеству матричной РНК (мРНК), которая на этом гене синтезируется. Матричная РНК служит, грубо говоря, посредником между ДНК и молекулярными машинами, собирающими белки. В целом, если пренебречь некоторыми деталями, можно сказать, что чем больше синтезируется мРНК, тем больше получается белка и тем сильнее клетка чувствует работу гена. Синтез РНК, в свою очередь, подчиняется разным регуляторам, среди которых есть и механизм суточных ритмов. И если мы проанализируем, как меняется в течение суток уровень матричной РНК с того или иного гена, то узнаем, зависит ли ген от суточных ритмов или нет.

Именно так и поступили Дэвид Хендрикс (David A Hendrix) и его коллеги: они сравнили РНК, синтезированные на разных генах дрозофил, когда тем было пять дней и пятьдесят пять дней от роду. (Один день жизни дрозофилы можно приравнять к одному году человеческой жизни, так что можно себе представить, какой была возрастная разница между этими подопытными мухами.) И у тех, у других были гены, которые подчинялись суточному расписанию, но с возрастом у многих генов суточные изменения в активности исчезали, и только 45% оставались «ритмически активными» и у пожилых мух. Казалось бы, налицо возрастное отключение биологических часов. Однако, как пишут авторы работы в Nature Communications, у пожилых мух ритмическими внезапно становились другие гены, которые раньше не реагировали на указания внутренних часов.

Многие из «позднеритмичных» генов были антистрессовыми. Они работали не только у старых дрозофил, но и у молодых – для этого насекомым нужно было устроить окислительный стресс, поместив их в среду с повышенным содержанием кислорода. Что любопытно, антистрессовые гены, когда они включались в молодых мухах, начинали работать в суточном ритме – то есть так же, как они работали у старых мух. И если у дрозофил отключали ген clock, который считается главным «часовщиком» и от которого как раз зависит ритмическая активность прочих генов, то у молодых насекомых антистрессовые гены переставали работать по суточному циклу.

Из полученных результатов следует несколько важных выводов. Во-первых, как мы уже сказали, нельзя утверждать, что с возрастом биологические часы просто ломаются – то, что некоторые гены со временем перестают «активничать» в суточном ритме, означает, что на их место в биологических часах приходят другие. Во-вторых, как оказалось, некоторые антистрессовые гены работают в ритмическом режиме, вне зависимости от того, в каком возрасте их владелец. В молодости организм способен справляться с тем же окислительным стрессом без дополнительных усилий, и включать соответствующие гены приходится только в крайних случаях, но, если такое произошло, они будут работать опять же «по часам».

Пока непонятно, как изменится эффективность антистрессовых механизмов, если лишить их суточного «расписания»; очень вероятно, что им для эффективного функционирования нужна именно такая временная организация, и что в отсутствие «расписания» антиоксидантные гены перестанут бороться как надо с окислительным стрессом. Так оно или не так, исследователи собираются выяснить в ближайшее время.

Напомним, что некоторое время назад мы писали о похожей работе – в 2015 году в журнале PNAS вышла статья, в которой говорилось, что некоторые из часовых генов человеческого мозга со временем утрачивают свойство следить за суточным ритмом, однако другие, наоборот, с возрастом становятся новыми «деталями» биологических часов.

По материалам The Scientist.