У міру старіння на зміну одним генам, що підкоряються добовим ритмам, приходять інші.
Немає потреби ще раз нагадувати, наскільки багато в живому організмі залежить від добових ритмів: це не тільки чергування сну і бадьорювання, а й особливості формування пам'яті, перебудова нейронних ланцюгів, імунітет, обмін речовин тощо. І сон, і імунітет, і все-все-всі управляються величезним числом генів, і ритмічні зміни обумовлені тим, що в різний час доби багато з них працюють по-різному, їх активність то підвищується, то знижується.
Якщо ж у ритмах з'являються якісь неполадки, якщо гени, наприклад, починають активуватися в недозволений час, або у них взагалі зникає ритмічна активність, то в організму починаються серйозні проблеми. Наприклад, відомо, що через зіпсований «годинник» розвиваються нейродегенеративні процеси, посилюється внутрішньоклітинний стрес, починаються проблеми з метаболізмом. Те ж саме, до речі, відбувається і з віком, тому прийнято було вважати, що вікові захворювання виникають, в тому числі, і через поломки в регуляції добових ритмів.
Біологічний годинник дійсно змінюється по ходу життя, проте тут вся справа, мабуть, не тільки і не стільки в загальному загасанні, «випрямленні» ритмів. Дослідники з Університету штату Орегон вирішили порівняти, як з віком змінюється годинник у мух дрозофіл.
Відомо, що активність гена можна визначити за кількістю матричної РНК (мРНК), яка на цьому гені синтезується. Матрична РНК служить, грубо кажучи, посередником між ДНК і молекулярними машинами, що збирають білки. В цілому, якщо знехтувати деякими деталями, можна сказати, що чим більше синтезується мРНК, тим більше виходить білка і тим сильніше клітина відчуває роботу гена. Синтез РНК, у свою чергу, підпорядковується різним регуляторам, серед яких є і механізм добових ритмів. І якщо ми проаналізуємо, як змінюється протягом доби рівень матричної РНК з того чи іншого гена, то дізнаємося, залежить ген від добових ритмів чи ні.
Саме так і вчинили Девід Хендрікс (David A Hendrix) і його колеги: вони порівняли РНК, синтезовані на різних генах дрозофіл, коли тим було п'ять днів і п'ятдесят п'ять днів від роду. (Один день життя дрозофіли можна прирівняти до одного року людського життя, так що можна собі уявити, якою була вікова різниця між цими піддослідними мухами.) І у тих, у інших були гени, які підпорядковувалися добовому розкладу, але з віком у багатьох генів добові зміни в активності зникали, і тільки 45% залишалися «ритмічно активними» і у літніх мух. Здавалося б, у наявності вікове відключення біологічного годинника. Однак, як пишуть автори роботи в Nature Communications, у літніх мух ритмічними раптово ставали інші гени, які раніше не реагували на вказівки внутрішніх годинників.
Багато «пізньоритмічних» генів були антистресовими. Вони працювали не тільки у старих дрозофіл, а й у молодих - для цього комахам потрібно було влаштувати окислювальний стрес, помістивши їх у середовище з підвищеним вмістом кисню. Що цікаво, антистресові гени, коли вони включалися в молодих мухах, починали працювати в добовому ритмі - тобто так само, як вони працювали у старих мух. І якщо у дрозофіл відключали ген clock, який вважається головним «каплицем» і від якого якраз залежить ритмічна активність інших генів, то у молодих комах антистресові гени переставали працювати по добовому циклу.
З отриманих результатів випливає кілька важливих висновків. По-перше, як ми вже сказали, не можна стверджувати, що з віком біологічний годинник просто ламається - те, що деякі гени з часом перестають «діяти активно» в добовому ритмі, означає, що на їх місце в біологічному годиннику приходять інші. По-друге, як виявилося, деякі антистресові гени працюють в ритмічному режимі, незалежно від того, в якому віці їх власник. У молодості організм здатний справлятися з тим же окислювальним стресом без додаткових зусиль, і включати відповідні гени доводиться тільки в крайніх випадках, але, якщо таке сталося, вони будуть працювати знову ж таки «по годинах».
Поки незрозуміло, як зміниться ефективність антистресових механізмів, якщо позбавити їх добового «розкладу»; дуже ймовірно, що їм для ефективного функціонування потрібна саме така тимчасова організація, і що за відсутності «розкладу» антиоксидантні гени перестануть боротися як треба з окислювальним стресом. Так воно чи не так, дослідники збираються з'ясувати найближчим часом.
Нагадаємо, що деякий час тому ми писали про схожу роботу - в 2015 році в журналі PNAS вийшла стаття, в якій говорилося, що деякі з годинникових генів людського мозку з часом втрачають властивість стежити за добовим ритмом, проте інші, навпаки, з віком стають новими «деталями» біологічного годинника.
За матеріалами The Scientist.