КЛЕТКИ-УБИЙЦЫ НА СЛУЖБЕ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЯЮТСЯ ЦИРКАДНЫМИ РИТМАМИ

Анализ обширного набора данных о клетках, важных для иммунной системы млекопитающих, показывает, что способность справляться с болезнями может намного сильнее зависеть от циркадных ритмов, чем считалось ранее.

Нарушения в циркадных ритмах — процессах, которые поддерживают наши тела в соответствии с циклами дня и ночи, — всё чаще связывают с диабетом, раком, болезнью Альцгеймера и многими другими нарушениями. Исследование, опубликованное 12 января в журнале Genome Research, показывает, что макрофаги — клетки внутри нас, которые ищут и уничтожают инородные вторжения, такие как бактерии, — могут в течение дня по-разному реагировать на патогены и стресс из-за циркадного управления метаболизмом.

В своём исследовании Дженнифер Хёрли, доцент биологических наук по программе развития медицины имени Ричарда Баруха в Политехническом институте Ренсселера и ведущий автор исследования, и её команда исследовали, как уровни РНК и белков в макрофагах изменяются на протяжении двух дней. «Мы показали, что в поведении макрофагов есть невероятное количество циркадного регулирования, но биологические часы у макрофагов работают неожиданным образом», — сказала Хёрли.

Циркадная система состоит из набора ключевых белков, которые «предвидят» цикл дня и ночи и вызывают суточные колебания уровне белков и гормонов и в итоге влияют на физиологические параметры, такие как температура тела и иммунный ответ. Эти молекулярные часы отмечают время посредством саморегулируемого цикла производства и распада белков. Белки «положительного» элемента часов вызывают производство белков «отрицательного» элемента, которые, в свою очередь, блокируют производство белков «положительного» элемента до тех пор, пока белки «отрицательного» элемента не распадутся, тем самым создавая цикл отрицательной обратной связи, который повторяется каждые 24 часа.

Белки «положительного» элемента также регулируют изменения в значительном количестве генетических продуктов, известных как матричная РНК или мРНК. Генетическая информация транскрибируется (переводится) из ДНК на мРНК, которая затем используется как рецепт для сборки белков, функциональных строительных блоков клетки.

Долгое время считалось, что уровни каждого последующего шага могут быть предсказаны, исходя из предыдущего. Если бы это было так, колебания в уровнях мРНК соответствовали бы колебаниям в уровнях клеточных белков, и поэтому путём отслеживания мРНК можно было бы узнать, какие белки в клетке регулируются циркадными часами.

Однако новое исследование показало, что эта концепция не всегда справедлива. Анализ данных по макрофагам выявил, что есть значительное несоответствие между белками и мРНК, которые управляются циркадными часами. Эти данные согласуются с исследованием, опубликованным лабораторией Хёрли в журнале Cell Systems в 2018 году, которое показало, что около 40% колеблющихся белков в грибке Neurospora crassa — модельной циркадной системе — не имели соответствующей колеблющейся мРНК.

«Нас очень удивил масштаб различий у макрофагов, — сказала Хёрли. — У них восемьдесят процентов колеблющихся белков не имеют соответствующей им колеблющейся мРНК. Это означает, что мы действительно не понимали, как часы регулируют иммунитет».

Команде Хёрли совместно с лабораторией Анни Кёртис из Королевской коллегии хирургов Ирландии (RCSI) удалось предсказать и затем продемонстрировать, что биологические часы регулировали метаболизм, чтобы управлять ключевыми иммунными функциями макрофагов. Для этого исследователи из RCSI отследили митохондрии — органеллы, производящие энергию, — в макрофагах и показали ритм, с которым митохондрии разделяются для производства энергии и вновь воссоединяются в состоянии покоя. Затем лаборатория Хёрли смогла показать, что временна?я настройка ключевых иммунных процессов управлялась изменением в производстве энергии, которое было результатом разделяющихся и сливающихся митохондрий.

«Наши данные указывают, что необходимо отслеживать ритмы на принципиально новом уровне, — сказала Кёртис, старший лектор в RCSI. — Это также означает, что наши тела зависят от циркадных ритмов больше, чем мы думали». Циркадное регулирование иммунной системы может иметь влияние на здоровье людей, лечение болезней и эффективность вакцин.

Источник: news.rpi.edu

Комментарии: