Суточный или циркадный ритм – это естественный цикл, который управляет нашими биологическими процессами в течение 24 часов. Его значение больше, чем просто сообщать, когда лечь спать или проснуться. Сбои в этом цикле могут привести к развитию депрессии, проблемам контроля веса, трудностям при смене часовых поясов и другим. Чтобы больше узнать о работе циркадных систем человека, профессор кафедры нейробиологии факультета естественных наук им. Джорджа С. Вайса Тель-Авивского университета Йоав Готхилф исследовал данио рерио (zebrafish) – небольшую аквариумную рыбку.
Профессор Готхилф в сотрудничестве с профессором Фолксом Николасом из Национального института здравоохранения, Мэриленд, обнаружили, что регулирующий циркадные системы данио механизм аналогичен регуляторным механизмам человека. В связи с этим, данио представляется отличной моделью для исследований, которые могут помочь в разработке методов лечения таких патологических состояний человека, как психические расстройства, сахарный диабет, заболевания или нарушения сна. К тому же, как считает профессор Готхилф, данио имеет ряд явных преимуществ: во-первых, её эмбрионы прозрачны, и легко наблюдать за их развитием; во-вторых, её генетическим материалом можно легко манипулировать; и в третьих, быстрое развитие – рыбки выводятся из икринок в течение двух дней, становятся половозрелыми за три месяца.
Предыдущее исследование показало, что обнаруженный у данио и присущий человеку ген, названный Period2, связан с циркадной системой рыб и активируется светом. Когда выключалась активность этих генов в моделях данио, циркадные ритмы сбивались. Это указало на важность гена Period2, но еще предстояло выяснить, как свет вызывает активацию гена.
Группа исследователей определила в гене Period2 область, названную LRM (Light Responsive Model), объясняющую феномен световой активации гена. В пределах этой области есть короткие генетические последовательности Ebox, которые регулируют часы активности, и Dbox — отвечают за активацию светом взаимодействия двух последовательностей.
Основываясь на этой информации, были определены белки, связывающие Ebox и Dbox и запускающие индуцированную светом активацию гена Period2 — процесс, имеющий важное значение для синхронизации циркадной системы.
Для выявления подобного механизма у человека, профессор Готхилф и его коллеги взяли человеческую область LRM и вставили её в геном данио. В клетках рыб, человеческая LRM вела себя точно так же — под воздействием света активировала Period2. Это удивительное и увлекательное открытие связи человека и пятисантиметровой рыбки.
Данио рерио и люди имеют гораздо больше общего, чем кажется, и это может привести к новым прорывам в медицине. Данио живет по суточным ритмам — бодрствует в течение дня и спит ночью. Чтобы улучшить наше понимание циркадной системы и её нарушений, можно манипулировать циркадным ритмом рыбки и тестировать различные виды терапии.
Для дальнейших исследований мозга рыбка — удачная модель. Исследователи уже могут манипулировать генетической структурой данио, например, можно сделать специфические нейроны и их синапсы флуоресцентными – их легко видеть и исследовать. Синапсы без труда могут быть подсчитаны.
Подготовил А. В. Ильич