Ученые из Свободного университета Берлина определили механизм, который позволяет клеткам адаптировать свою программу экспрессии генов к очень небольшим изменениям температуры. «Как термометр, эти изменения в экспрессии генов следуют за температурой в линейной форме и, таким образом, обеспечивают постепенную адаптацию к заданной температуре», - объясняет профессор, доктор Флориан Хейд из Свободного университета, который руководил исследованием. Этот клеточный термометр достаточно чувствителен, чтобы реагировать на изменения температуры тела между 36 и 38°C измененной экспрессией генов. Это открытие закладывает основу для ряда других прикладных вопросов. Эксперименты проводились на мышах, но поскольку у людей существуют также зависящие от времени суток различия температуры тела, следует ожидать, что этот механизм также играет важную роль в физиологии человека. Результаты были опубликованы в научном журнале Molecular Cell..
«Клеткам теплокровных организмов нужна в основном постоянная температура, и они лишь условно переносят отклонения от оптимальных 37°C», - объясняет доктор Марко Пройснер, исследователь с докторской степенью и первый автор исследования. Даже изменение температуры на +/- 5 °С подвергает клетку тепловому или холодовому шоку, что может привести к гибели клетки через несколько часов. По этой причине теплокровные животные должны поддерживать относительно постоянную температуру тела и препятствовать адаптации организма к температуре окружающей среды. Однако температура тела немного колеблется в течение дня: во время активной фазы (которая для мышей проходит в темноте, поскольку они ведут ночной образ жизни) температура тела составляет около 1.на 5°С выше, чем в фазе покоя (у мышей днем).
Исследователи из группы биохимии РНК в Свободном университете Берлина смогли показать, что мыши используют это изменение температуры тела, зависящее от времени суток, для адаптации экспрессии генов к часовозависимым требованиям. «Это позволяет ритмично контролировать большую группу генов в течение примерно 24 часов», - сказал Пройснер. Регуляция основана на процессе, известном как альтернативный сплайсинг, посредством которого строительные блоки информационной РНК (мРНК) могут комбинироваться различными способами, что может привести к образованию нескольких вариантов белка из одного гена. «Альтернативный сплайсинг более чем 100 генов чрезвычайно чувствителен к изменениям температуры, поэтому в зависимости от времени суток и температуры тела вырабатываются разные белки», - сказал профессор, доктор Флориан Хейд. Кроме того, общее количество белка можно регулировать с помощью альтернативного сплайсинга, что проиллюстрировано в текущей работе на примере общего фактора транскрипции TBP (белок, связывающий ТАТА-бокс). В этом случае зависимый от температуры альтернативный сплайсинг изменяет некодирующую область мРНК ТВР, тем самым регулируя эффективность синтеза белка ТВР. Это приводит к колебаниям белка TBP в зависимости от часов, что, возможно, объясняет различия в общей скорости транскрипции, о которых ученые знали в течение некоторого времени. «Продемонстрированный нами механизм является самым чувствительным клеточным термометром, известным на сегодняшний день, поскольку сигнальные пути, которые вызывают тепловой или холодовой шок, почти не реагируют в этом физиологически значимом диапазоне температур», - объяснил профессор, доктор Флориан Хейд. На основе этих выводов теперь можно исследовать более прикладные вопросы. Особый интерес представляет возможная связь температурозависимого альтернативного сплайсинга с иммунным ответом при инфекции с лихорадкой. Как бы ни был чувствителен альтернативный сплайсинг к (слегка) повышенной температуре, температурно-индуцированное изменение экспрессии генов при лихорадке представляется логическим следствием. В дальнейших экспериментах исследователи планируют изучить функциональность этого механизма при инфекции.