Molekularny mechanizm zegara okołodobowego, czyli jak organizmy mierzą czas

Abstrakt

Rytmy okołodobowe są powszechne w przyrodzie, a ich występowanie stwierdzono niemal u wszystkich organizmów. Wspomniane rytmy przejawiają się zarówno w zachowaniu jak również metabolizmie oraz wielu ścieżkach fizjologicznych organizmu. Rytmy okołodobowe są kontrolowane przez specjalny mechanizm molekularnego zegara, opartego na działaniu pętli sprzężeń zwrotnych regulowanych poprzez białka o charakterze czynników transkrypcyjnych. Przez ostatnie lata mechanizm ten był intensywnie badany u bakterii, grzybów i roślin, oraz przede wszystkim u zwierząt bezkręgowych (Drosophila melanogaster) i ssaków. Molekularny mechanizm endogennego oscylatora różni się u Eukariota i Prokaryota, co sugeruje jego niezależne powstanie u tych grup organizmów. Pomimo znaczących różnic w regulacji mechanizmu zegara okołodobowego, wspólną cechą jest fakt, iż czynniki o charakterze aktywatorów inicjują transkrypcję czynników o charakterze inhibitorów, które zwrotnie hamują ekspresję wspomnianych aktywatorów. Kolejny cykl rozpoczyna się w momencie, gdy poziom czynników hamujących jest na tyle niski, iż możliwa jest ponowna transkrypcja czynników aktywujących. Taki samonapędzający się oscylator jest synchronizowany do zewnętrznych warunków środowiska dzięki istnieniu dróg wejściowych, które mogą odbierać informacje o warunkach świetlnych, temperaturze itp. Ponadto, białka wchodzące w skład molekularnego oscylatora odpowiedzialne są nie tylko za regulację poziomu białek zegara, ale wpływają na ekspresję innych genów, tak zwanych genów kontrolowanych przez zegar. Produkty białkowe tych genów stanowią element dróg wyjściowych zegara, które kontrolują wiele procesów fizjologicznych jak i behawior. W prezentowanej pracy został omówiony molekularny mechanizm zegara okołodobowego zwierząt modelowych, takich jak Synechococcus elongatus, Neurospora crassa, Arabidopsis thaliana, Drosophila melanogaster oraz Mus musculus.