Некоторые виды физической активности, например, сон, в основном происходят каждые 24 часа; они следуют циркадному ритму. Другие функции организма, такие как температура тела, когнитивные способности и артериальное давление, представляют собой дополнительный 12-часовой цикл, но мало что известно о биологической основе их ритма. Группа ученых из различных учреждений, включая Медицинский колледж Бейлора, обнаружила, что, помимо 24-часовых часов, у млекопитающих и других организмов есть 12-часовые часы, которые являются автономными, работают независимо от 24-часовых часов и могут быть изменены. внешними факторами. Изучение 12-часовых часов важно, потому что измененные 12-часовые циклы связаны с болезнями человека. Исследование появляется в разделе “Метаболизм клеток”.
"Наша лаборатория работает над тем, как регулируются 24-часовые циклы, и мы и другие показали, что нарушение этих часов может привести к заболеваниям обмена веществ," сказал старший автор д-р. Берт О’Мэлли, председатель и профессор молекулярной и клеточной биологии, и Томас К. Томпсон Кафедра клеточной биологии в Медицинском колледже Бейлора. "Например, экспериментальные данные показывают, что работники ночной смены, которые периодически меняют ночную и дневную смены, или люди, путешествующие за границу, часто изменяют циклы сна, и это, по-видимому, делает их склонными к полноте и развитию диабета и других изменений метаболизма, которые могут привести к болезни. Не рекомендуется регулярно нарушать циркадный ритм."
Помимо физиологической активности, повторяющейся каждые 24 часа, у млекопитающих и других организмов активность повторяется каждые 12 часов. Например, сообщалось, что артериальное давление, температура тела, уровни гормонов и реакция на терапию колеблются в 12-часовых циклах. Кроме того, измененные 12-часовые циклы связаны с заболеваниями человека. Другие исследователи идентифицировали около 200 генов, которые активируются в 12-часовых циклах. В этом исследовании О’Мэлли и его коллеги намеревались определить, существует ли большее количество 12-часовых генов и соответствуют ли их циклы определению биологических часов, то есть работают ли они автономно и их колебания можно регулировать с помощью окружение.
Математика встречается с биологией, чтобы определить внутренние часы тела
Доктор. Бокай Чжу, первый автор этого исследования и научный сотрудник лаборатории О’Мэлли, провел биологический анализ, чтобы определить активность тысяч генов мышей во времени. Затем соавтор Dr. Клиффорд Даксо, профессор молекулярной и клеточной биологии Медицинского колледжа Бейлора, соавтор и математик д-р. Афанасиос Антулас, профессор электротехники и компьютерной инженерии в Университете Райса, применил математический анализ к этим биологическим данным.
"Мы были удивлены, обнаружив более 3000 генов, которые экспрессировались в 12-часовом ритме. Большая часть этих генов была наложена на уже известную 24-часовую активность генов," Чжу сказал.
12-часовые часы автономны и могут быть синхронизированы внешними сигналами
Дальнейшие исследования показали, что 12-часовые ритмы генетической активности работают как биологические часы. Они происходят в клетках регулярно и автономно, и их колебания могут быть синхронизированы определенными внешними раздражителями. О’Мэлли и его коллеги обнаружили, что 12-часовые часы не зависят от 24-часовых часов. Когда они экспериментально устранили 24-часовые часы, 12-часовые часы продолжали «тикать».Кроме того, внешние сигналы, которые могут синхронизировать 24-часовые часы, такие как солнечный свет, не влияют на 12-часовые часы.
"Из всех проанализированных нами генов выделялись два набора с 12-часовым циклом; те, которые связаны с контролем качества и обработкой белка, которые в основном происходят в клеточной структуре, называемой эндоплазматическим ретикулумом, и те, которые связаны с снабжением клетки энергией, которая включает митохондрии," Чжу сказал. "Активности эндоплазматического ретикулума и митохондрий зависят друг от друга, и мы показали здесь, что 12-часовые гены в эндоплазматическом ретикулуме синхронизированы с 12-часовыми генами в митохондриях, которые обеспечивают энергию, необходимую для обработки белка."
"Кроме того, мы обнаружили, что определенные состояния печени связаны с нарушенной 12-часовой экспрессией генов у мышей. Мы ожидаем, что дальнейшее изучение 12-часовых циклов может открыть возможности для улучшения профилактики или лечения заболеваний печени и других органов в будущем," О’Мэлли сказал.