Часы внутри нас

Первым исследователем биологических часов, деятельность которого документально зафиксирована, считают французского астронома Жан-Жака д'Ортуса де Майрана. В 1729 году он решил поэкспериментировать с мимозой, листья которой привычно закрывались к ночи и раскрывались утром. Он поместил растение в темное помещение и был немало удивлен: даже в темноте листья проделывали все то же самое. Так была заложена основа идеи, что у живых организмов есть свои внутренние часы. Двести лет спустя немецкий физиолог-физик Эрвин Бюннинг продолжил эти опыты с другими растениями, использовав разные условия: он содержал растения как в темноте, так и на постоянном свету. И тоже отметил циркадные ритмы, независимые от внешних сигналов.

Лишь во второй половине двадцатого века исследования стали проводиться исходя из концепции управления механизмом циркадных ритмов соответствующими генами. Сеймур Бензер и Рональд Конопка из Калифорнийского технологического института решили отследить нужные гены, изучая специфические генные мутации у плодовых мушек. Они выделили три штамма мутантных мух, у которых были разные показатели циркадных ритмов, и выяснили, что эти мутации сходятся в одном участке Х-хромосомы. Далее уже Рональд Конопка установил локацию гена, который был назван геном периода, сокращенно PER. Однако ген периода был клонирован и секвенирован лишь в 1984 году благодаря работе Джеффри Холла и Майкла Росбаша из Университета Брандейса и Майкла Янга из Рокфеллеровского университета. Однако до понимания, как устроен механизм, регулирующий циркадные ритмы, было еще далеко.

Ученые выдвинули несколько предположений. Одна из идей состояла в том, что продукт гена периода, белок PER, может функционировать как насос для создания мембранного градиента, который, достигнув порога, рассеивается через светочувствительные каналы. В другой модели белок PER был предложен как протеогликан, объединяющий клетки и тем самым облегчая образование межклеточных соединений через щелевые соединения. Наконец, в лаборатории Холла и Росбаша обнаружили, что белок PER накапливается в течение ночи и деградирует в течение дня. Таким образом, уровни белка PER колеблются в течение 24-часового цикла — синхронно с циркадным ритмом. Ученые предположили, что PER может сам блокировать активность гена периода с помощью так называемой ингибирующей петли обратной связи, или тормозного механизма обратной связи.