Naukowcy określają strukturę "baterii" zegara biologicznego

Naukowcy z Howard Hughes Medical Institute (HHMI) ustalili trójwymiarową strukturę dwóch białek, które pomagają utrzymać zsynchronizowane zagary ciała. Białka CLOCK i BMAL1 wiążąc się ze sobą, regulują aktywność tysięcy genów, których ekspresja zmienia się w ciągu całego dnia. Znając strukturę BMAL1-CLOCK, naukowcy będą mogli ustalić, w jaki sposób ta regulacja jest przeprowadzana oraz jak mutacje poszczególnych genów mogą wpłynąć na funkcjonowanie biologicznego zegara.

W ciągu każdej doby miliony "zegarów" wewnątrz naszych komórek resetują się, pomagając dostroić nasze ciśnienie krwi czy metabolizm. Kiedy CLOCK i BMAL1 wiążą ze sobą wewnątrz komórki, inicjują wydarzenia genetyczne, które koordynują ten 24-godzinny cykl.

CLOCK i BMAL1 są czymś w rodzaju baterii zegara biologicznego. Są to kluczowe substancje aktywizujące całego systemu regulacji genomu -  mówi badacz Joseph S. Takahashi z University of Texas Southwestern Medical Center, którego prace dotyczące BMAL1-CLOCK zostały opublikowane 31 maja 2012 roku w internetowej wersji magazynu Science.

Gen CLOCK był pierwszym genem odkrytym u ssaków, przyczyniającym się do regulacji rytmów dobowych organizmu. Zespół Takahashi opublikował wstępne dane na temat genów CLOCK w serii raportów w latach 1994 - 1997. Od tego czasu odkryto już setki do tysięcy genów pod kontrolą CLOCK, uczestniczących w synchronizacji zegara biologicznego u ssaków.

Zdumiewające jest to, że prawie każda komórka w organizmie ma „zegar”. W ostatnich latach coraz bardziej uświadamiamy sobie ich rolę.

Naukowcy badający rytmy dobowe wykorzystali biochemię i genetykę, aby ustalić, w jaki sposób białka współdziałają z CLOCK, jednak do tej pory, nie udało im się zwizualizować struktury molekularnej białek CLOCK. Dokonanie tego pozwoli im sprecyzować, w jaki sposób różne białka mogą wiązać się z CLOCK w tym samym czasie i jak mutacje powiązane ze zmianami rytmu dobowego na to wpływają.

Takahashi zauważa, że CLOCK i BMAL1 są częścią dużej rodziny białek, znanej jako bHLH-PAS  (nazwa odnosi się zarówno do kształtu białka jak i niektórych bardziej znanych członków tej rodziny), powiązanej z funkcjami odpowiedzialnymi za reakcję na zanieczyszczenia środowiska i niski poziom tlenu przy tworzeniu nowych komórek nerwowych.

Takahashi wyjaśnił, że naukowcy dążyli do wygenerowania dobowych białek w postaci krystalicznej, niezbędnej do ustalenia ich struktury za pomocą krystalografii rentgenowskiej. Zamiast korzystać z pełnej wersji każdego białka, stworzyli wersję składającą się tylko z kawałków,  o których wiadomo, że się ze sobą wiążą.  Mając krótsze wersję białek, mogli wykonać ten proces dużo łatwiej.

Naukowcy odkryli, że CLOCK i BMAL1 są ściśle ze sobą powiązane. CLOCK  posiada rowek w centrum swojego interfejsu, który jest kluczem do wiązania. Pojedynczy aminokwas BMAL1 doskonale wpasowuje się w ten rowek. Inne białka, które wiążą się z CLOCK, prawdopodobnie wykorzystują ten sam mechanizm.

Przyszłe badania będą koncentrować się na tym, jak mutacje każdego białka wpływają na ową strukturę.