«Совы» и «жаворонки» отличаются одной аминокислотой

В 2000 г. ученые из Университета штата Юта обнаружили семью, члены которой обычно спали с пяти вечера до двух ночи. Расстройство, которое назвали advanced sleep phase syndrome (FASPS), или синдромом смещения фазы сна, позволил ученым изучить циркадные (суточные) ритмы, чтобы понять, как работают биологические часы человека. Понимание этих механизмов необходимо для выбора правильного лечения сезонных аффективных расстройств, нарушений суточного ритма организма при перелетах и бессонницы.

Новое исследование, проведенное группой ученых из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, выявило механизм, посредством которого ген Per2 включается в работу биологических часов. Результаты исследования, опубликованные в последнем выпуске журнала Cell, говорят о том, что замена всего лишь одной из сотен аминокислот, входящих в состав белка, кодируемого данным геном, может привести к нарушению цикла сна-бодрствования.

«Замена всего лишь одной аминокислоты – серина вместо глицина – достаточно, чтобы люди, имеющие эту мутацию, страдали FASPS, – говорит невролог Ю. Х. Фу (Ying-Hui Fu), соавтор нового исследования. – Основываясь на результатах лабораторного исследования клеток членов семьи из штата Юта, ученые полагают, что результатом точечной мутации гена Per2 во время транскрипции (считывания) генетической информации явилось замещение серина глицином. (Серин кодируют сочетания нуклеотидов УЦУ, УЦЦ, УЦА, УЦГ и АГЦ, глицин – ГГГ, ГГА, ГУУ и ГГЦ; очевидно, авторы исследования обнаружили именно замену аденина на гуанин – КБ.) В результате этой замены предотвращается процесс присоединения к до сих пор неизвестному ферменту фосфатного основания на место отсутствующего серина. Это запускает эффект домино, приводящий к неполной транскрипции ДНК в информационную РНК (mRNA), и приводит к созданию ущербной mRNA, неспособной производить достаточные количества белка. «В результате сообщения этого гена передаются не полностью, и уровень белка низок», – объясняет Фу.

Согласно прежним данным, механизм влияния мутации в гене Per2 на циркадный ритм заключается в потере стабильности белка, и этот дефект образуется во время либо после трансляции. «Самой большой неожиданностью в новом исследовании стало то, изменения имели место именно в mRNA, что не сказалось на стабильности белка», – замечает Дэвид Виршап (David Virshup), специалист в области рака и циркадных ритмов из Университета штата Юта. По его мнению новые данные противоречат опубликованным в конце прошлого года в журнале Genes & Development.

Команда ученых из Сан-Франциско с помощью невролога из Университета штата Юта Кристофера Джоунса (Christopher Jones) также изучила эффект мутации гена Per2 на мышах. Ученые вводили мышам мутированную копию гена, в котором 662-я аминокислота – серин была заменена на глицин. Это приводило к изменениям циркадных ритмов животных, из-за мыши начинали укладываться спать на два часа раньше, чем прежде. Если перед включением мутантного гена ученые удаляли у мышей их природные гены Per2, животные засыпали и пробуждались примерно на четыре часа раньше, чем прежде. По словам Фу, это говорит о том, что данная аминокислота играет действительно ключевую роль. Фу говорит, что следующая цель их группы разработать терапию нарушений биологических ритмов человека.

Никхиль Сваминатан, «В мире науки»