Суточные часы обнаруживаются в микробах и бактериях, растениях и насекомых, животных и людях. Эти часы возникли как приспособление к резким колебаниям светового дня и температуры, вызванным вращением Земли. Но мы до сих пор не до конца понимаем, как работают эти крошечные биологические часы.
Во время 62-го Ежегодного собрания Биофизического общества, состоявшегося в феврале. С 17 по 21 января в Сан-Франциско, штат Калифорния, Энди ЛиВанг из Калифорнийского университета в Мерседе представит работу своей лаборатории по изучению циркадных часов сине-зеленых цианобактерий. Один из видов цианобактерий, называемый спирулиной, богат витаминами и минералами и используется в качестве натурального пищевого красителя для конфет и жевательной резинки.
Группа ЛиВанга обнаружила, что то, как белки движутся час за часом, играет центральную роль в функционировании циркадных часов цианобактерий. «И теперь становится ясно, что то же самое верно и для эукариотических [животных] часов», - сказал ЛиВанг.
Цианобактериальные белки циркадных часов уникальны, поскольку их можно восстановить в пробирке в отсутствие живых клеток. Исследователи сделали раствор этих белков и аденозинтрифосфата (АТФ), пищи для белков, чтобы создать циркадные часы, которые функционировали в течение нескольких недель.
Лаборатория структурной биологии ЛиВанга использует спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР), родительскую технологию для МРТ, для изучения белковой структуры и динамики биологических молекул, а затем использует структуры для понимания их функций.«Мы также изучаем, как белки извиваются, изгибаются и меняют форму, потому что эти движения … также имеют решающее значение для их биологической функции», - сказал ЛиВанг.
Лаборатория ЛиВанга также сотрудничает с рентгеновскими кристаллографами, такими как Кэрри Партч из Калифорнийского университета в Санта-Круз, потому что рентгеновская кристаллография является мощным методом для захвата статических структур белков и их комплексов на атомарном и околоатомном уровне. разрешение.
«Большим сюрпризом для нас стало то, в какой степени внутренние движения белков циркадных часов диктуют… их функции», - сказал ЛиВанг. «Статические рентгеновские кристаллические структуры отдельных белков, в основном полученные в других лабораториях, были неоценимы для нашей работы, но рассказали лишь часть истории».
Белки часов цианобактерий не совсем такие же, как белки часов животных или человека, но белки служат винтиками, шестеренками и пружинами всех циркадных часовых механизмов, и общая функция белков аналогична.
«Поскольку часовым белкам необходимо отсчитывать время, должны быть некоторые базовые принципы биологического хронометрирования, общие для всех часов, независимо от того, одинаковые белки или нет», - сказал ЛиВанг. «Наши структуры комплексов белков циркадных часов цианобактерий предоставили важную механистическую информацию, но они представляют собой статические снимки системы, которая непрерывно движется и меняется час за часом», - сказал ЛиВанг..