Международная группа ученых-биологов под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе сообщает об открытии механизмов, регулирующих рост растений, которые могут дать новое представление о том, как биологические часы млекопитающих влияют на здоровье человека. Исследование будет опубликовано 21 октября в журнале Science..
За последние два десятилетия биологи узнали, что древние фоторецепторные белки, известные как криптохромы, управляют тем, как люди, животные и растения реагируют на свет, а также их циркадными часами. Эти криптохромы также направляют миграцию птиц и бабочек, позволяя им преодолевать большие расстояния.
В новом исследовании ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Японии, Кореи и Китая сообщают о группе белков, которые они называют ингибиторами синего света криптохромов - BIC - которые ингибируют все девять функций криптохромов, проанализированных исследователями в малом горчичное растение Arabidopsis.
Старший автор Чентао Лин, профессор молекулярной биологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, изучавший криптохромы в течение 25 лет, считает, что BIC, вероятно, имеют аналоги в циркадных часах человека, а также у птиц и других животных, хотя это еще не было обнаружено в организмы, кроме растений.
Когда ученые удалили криптохромы, но сохранили BIC, арабидопсис стал как минимум в два раза выше, чем при наличии этих криптохромов, а цветение произошло позже. Когда ученые удалили BIC, но сохранили криптохромы у арабидопсиса, растения стали немного короче, чем обычно. Когда они добавили больше BIC, растения выросли выше и зацвели позже - тот же результат, что и при удалении криптохромов. Таким образом, BIC ингибируют криптохромы, заключили исследователи.
Криптохромы были обнаружены в растениях в 1993 году, а затем обнаружены в насекомых, птицах, кораллах и людях. Криптохромы играют роль в восприятии света и в нашем цикле сна, наряду с другими белками циркадных часов. По словам Лин, они также позволяют рифообразующим кораллам чувствовать лунный свет, что позволяет им размножаться каждую неделю после полнолуния. Позже исследователи узнали, что криптохромы играют роль в развитии таких заболеваний, как диабет, биполярное расстройство и рак. Когда ученые удаляли криптохромы или часовые гены, мыши страдали диабетом и другими заболеваниями.
Криптохромы остаются неактивными в темноте, но становятся активными, когда поглощают фотоны - частицы света. Считается, что они произошли от древнего фермента восстановления ДНК, хотя, по словам Лин, они больше не восстанавливают ДНК.
Солнечный свет содержит полный спектр света, включая синий свет, красный свет, зеленый свет и желтый свет. Вместе мы видим их как белый свет, но разные цвета света можно разделить с помощью призмы. Исследователи подвергли арабидопсис воздействию синего света. (Для фотосинтеза растениям нужен только синий и красный свет, что объясняет, почему фоторецепторы растений поглощают только синий и красный свет, поэтому большинство растений кажутся зелеными.)
В 1995 году, когда он был научным сотрудником с докторской степенью, Лин открыл небольшую молекулу, связанную с криптохромами, которая поглощает синие фотоны. С момента прихода на факультет молекулярной, клеточной и биологии развития в 1996 году Лин и студенты Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и исследователи в его лаборатории сделали много открытий о криптохромах, что привело к новым открытиям.
Ученые до сих пор не знают многих подробностей о том, как криптохромы работают в организме человека, включая их роль в развитии рака. Дальнейшее изучение того, как криптохромы ведут себя в разных организмах, может привести к более полному пониманию различных биологических явлений, сказал Лин, например, как растения контролируют время своего цветения, как птицы и бабочки управляют своей сезонной миграцией и как биологические часы млекопитающих влияют на здоровье человека.