Ako oscilujúce gény riadia náš biorytmus

Autor: Tomáš Paulech | 19.9.2014 o 18:51 | Karma článku: 9,07 | Prečítané:  2370x

Objavili sme oscilujúce gény, ktoré ovládajú biologické hodiny prakticky všetkých živých tvorov. Ľudí, kvetov, vínnych mušiek, mikróbov a mnohých iných. Podstatu ich fungovania a dôsledky porúch ešte len spoznávame.

Kým prídeme ku génom, povedzme si čosi o Mesiaci. Obrovský kus pôvodného Zemského plášťa, vytrhnutý na obežnú dráhu kataklizmickým nárazom planéty veľkej ako Mars pred 4 miliardami rokov, si dnes žije ako pokľudný starší pánko, ktorého okrúhla, krátermi zjazvená tvár, nás sprevádza nocami po celý život.

Jeho vplyv na našu planétu sa rozhodne neobmedzuje na prílivy a odlivy mora. Má na svedomí okrem iného aj fakt, že počas posledných miliónov rokov máme na Zemi deň dlhý okolo 24 hodín. Kedysi dávno trval deň iba niekoľko hodín a Mesiac ho vytrvalým gravitačným pôsobením celkom nepatrne, no neustále po celé epochy predlžuje (fyzik by povedal, že to má dočinenia s momentom hybnosti sústavy Zem-Mesiac a viazanou rotáciou). Od zlatého veku dinosaurov, asi pred 100 miliónmi rokov, sa deň predĺžil len asi o hodinu. My, cicavce, sme teda zažili po desiatky miliónov rokov iba deň trvajúci okolo 24 hodín. Týmto astronomicky ladeným úvodom mierim k tomu, že dĺžka dňa celkom jasne určuje biorytmus takmer všetkého zložitejšieho života na planéte. 24 hodinový cyklus mal čas byť dômyselným spôsobom zapracovaný priamo do našich génov, o ktorých by som vám chcel čosi povedať.

Prvý krát si tieto gény vedci všimli na mutantovi vínnej mušky - Drozofily. Pri poruche jedného špeciálneho génu, ktorý neskôr pomenovali výstižne Period, zostali mušky úplne zmätené a ich biologické hodiny sa celkom polámali. Neskôr bola identifikovaná celá rodina takýchto génov, ktoré ovplyvňujú Cirkadiánny rytmus (lat. circa dies= približne deň).

Zarážajúca evolučná spriaznenosť človeka a drobnej mušky, čo mu splašene poletuje okolo pohára s vínom zapríčinila, že v mnohých prípadoch môžeme objavy učinené na tomto drobnom hmyze aplikovať na seba. Tak je to aj v tomto prípade. Ľudské a mušie gény ovládajúce denný biorytmus sú zjavne homologické – značne príbuzné na úrovni DNA. Samozrejme, medzi jednotlivými druhmi existujú výrazné odlišnosti na úrovni súvisiacej fyziológie, umiestnenia a funkčnosti molekúl a štruktúr ovládajúcich denný rytmus. Ako ale gény spôsobujú, že na noc celkom znehybnieme a de facto stratíme vedomie, aby sme sa zregenerovaní zasa ráno prebrali? Prečo nedokážeme dlhodobo hodiť biorytmus za hlavu a spať a vstávať ako sa nám zachce. Prečo tak ťažko zvládame nočné pracovné smeny. Inými slovami, ako nás držia gény tak pevne naviazaných na rotáciu Zeme?   

Zjednodušene to funguje asi takto: Základným elementom denného biorytmu je spomenutý gén Period (per) a bielkovina, ktorá sa z neho vyrába (pomenujme si ju PER). Intenzita prepisovania génu (do mRNA) a tým aj množstvo bielkoviny v tele kolíšu s cca 24 hodín trvajúcou periódou. Táto periodicita je daná tým, že výsledný produkt, bielkovina PER v spolupráci s ďalšími molekulami ako TIM a CLOCK/CYCLE, spätne ovplyvňuje intenzitu prepisu génu per. Odborne a v cudzej reči sa takýto periodický jav nazýva transcription-translation negative feedback loop, ale my si to prirovnáme ku koláčom. (viď pozn. 1) Je to niečo také, ako keby hladní ľudia začali piecť koláče. Výsledok ich práce, koláče, by ich jednak nasýtil a jednak by spätne ovplyvnil proces svojej výroby, lebo nasýtením hladujúcich by sa pečenie ďalších koláčov postupne utlmilo. Keby však koláčov ubudlo natoľko, že pekári opäť vyhladnú, proces pečenia by sa opäť rozbehol. A takto periodicky stále dokola. So základným živočíšnym biorytmom je to podobné, ak si za pekárov dosadíte gény na DNA, za proces pečenia mRNA transkripciu a za koláče bielkovinu PER. Ide o príklad periodicky pracujúcich génov, ktoré voláme oscilujúce.(viď pozn. 2)

Keby sme však boli naviazaní iba na dobu rotácie Zeme, teda cca 24 hod., boli by sme tým aj značne obmedzení. Drozofily, ľudia aj kvety by zaspávali a vstávali s touto periódou bez ohľadu na ročné obdobia a úroveň slnečného svitu.

Našťastie do hry vstupuje ďalší proteín zvaný CRY (od cryptochrome), ktorý je svetlocitlivý a to hlavne vo fialovej oblasti. Za prítomnosti svetla sa CRY naviaže na bielkovinu TIM a tým ju znefunkční pre použitie v bežnom dennom cykle spomenutom vyššie. Opustená bielkovina PER sa naviaže na kamaráta s menom DBT (proteín doubletime), ktorý ju označkuje na likvidáciu.  Tento mechanizmus funguje ako reset našich interných hodín, ako nastavovanie hodiniek a ich prispôsobenie intenzite svetla či už v rámci dňa alebo sezónne.

Vďaka CRY a svetlu teda dochádza k predĺženiu, či skráteniu periódy hlavného biorytmu a sme schopní ísť neskoro v noci spať, vstávať skoro, prípadne absolvovať prevrátený biorytmus nočných pracovných smien, hoci nie všetci, nie trvalo a nie celkom bez následkov. Výrazne si pritom my ľudia ešte vypomáhame umelým osvetlením, ktoré je prírode cudzie. O tom, že oči nemáme iba na videnie, že operácia zákalu môže výrazne vylepšiť spánok a predovšetkým, prečo je také ťažké zobudiť tínedžera pred desiatou si porozprávame nabudúce...

Poznámky:

1 – Koho by to zaujímalo trocha detailnejšie, samotná bielkovina PER nie je schopná utlmiť svoju výrobu, musí sa naviazať s inou bielkovinou TIM (produkt génu Timeless). PER+TIM putujú do bunkového jadra, kde sa naviažu na molekulu, ktorá slúži ako skutočný obmedzovač (inhibítor) ich vlastnej tvorby. Inhibítor sa volá CLOCK/CYCLE heterodimer a naviaže sa na tzv. E-boxy promotérov génov per a tim. Tento kolotoč platí pre Drozofilu, u človeka je to ešte komplikovanejšie viacerými variantami génov, inými receptormi a inhibítormi, ale principiálne je to podobné. Späť do článku...

2 - Okrem denného Cirkadiánneho rytmu je naše nežné pohlavie dôkazom, že existujú aj iné biorytmy súvisiace s mesiacom a aj Mesiacom – tie voláme Cirkalunárne. Sú podstatne menej presne popísané a známe. Okrem denných a mesačných rytmov sú tu aj ročné, ktoré napríklad povedia ježkom, korytnačkám a medveďom, že je načase zaľahnúť na zimný spánok. Sú do značnej miery určované intenzitou slnečného svitu. Oscilujúce a svetlocitlivé gény sa ale zďaleka neobmedzujú iba na živočíchy, sú vlastné väčšine živých tvorov. Späť do článku...

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

EKONOMIKA

Učiteľ, ktorý sa rád hral. Ako sa Milan Reindl stal dizajnérom Lego Technic

Nevyštudoval techniku ani dizajn. Napriek tomu sa stal jedným z jedenástich dizajnérov Lego Technic. Len vďaka tomu, že si rád z lega skladal veci, na ktoré nemal návod.

DOMOV

Smer chce byť politicky nekorektný aj robiť poriadky v osadách

Novými podpredsedami sú Blanár a Žiga.

SVET

Výbuchy pri štadióne v Istanbule zabili najmenej 13 ľudí

K explóziám došlo hodinu po zápase medzi Besiktasom a Bursasporom.


Už ste čítali?