По словам авторов исследования, находка, опубликованная 5 декабря в журнале PLoS Biology, способствует более эффективному лечению расстройств сна и смены часовых поясов.

Если бы циркадные ритмы подстраивались под каждое резкое изменение освещенности, скажем, затмение или очень темный и дождливый день, они были бы не очень эффективны в регулировании таких периодических форм поведения, как сон и голод. Выявленный нами белок помогает настроить мозг во время нейронного развития, чтобы обеспечить стабильную реакцию на вызовы циркадных ритмов изо дня в день, — говорит Алекс Колодкин, доктор философии, профессор кафедры нейронаук Университета Джона Хопкинса и заместитель директора Института фундаментальных биомедицинских наук.

Колодкин руководил исследованием совместно с Самером Хаттаром, доктором философии, руководителем отдела света и циркадных ритмов в Национальном институте психического здоровья.

Ученые давно знают, что у большинства живых существ есть циркадные «часы» — набор биологических ритмов, которые работают примерно 24 часа в сутки и влияют на бдительность, сонливость, аппетит и температуру тела, а также на другие циклические формы поведения. Нарушение этой системы — например, при сменной работе или дальних переездах через несколько часовых и световых поясов у людей — может привести к серьезным последствиям. Предыдущие исследования связывают постоянные сбои в циркадном ритме с повышенным риском развития рака, депрессии и множества других медицинских проблем.

Циркадные системы, по сути, «тренируются» под воздействием света. Хотя за последние несколько десятилетий исследователи значительно продвинулись в определении механизмов, ответственных за циркадные ритмы, до сих пор остается неясным, каким образом мозг становится настроенным на них.

Чтобы узнать больше, Колодкин и Хаттар вместе с первыми авторами исследования Джоном Хуньярой и Кэт Дейли и их коллегами провели поиск биологических молекул, присутствующих во время развития в центре управления циркадными ритмами мозга мыши — супрахиазматическом ядре (SCN).

Расположенное глубоко в гипоталамусе мозга мыши и человека, SCN находится рядом с зонами, контролирующими зрение, и имеет связи с клетками мозга, ведущими к сетчатке — светочувствительной части глаза.

Исследовательская группа быстро нашла белок клеточной поверхности под названием тенейрин-3 (Tenm3), входящий в большое семейство белков, играющих ключевую роль в сборке цепей зрительной системы и, в более общем смысле, в других цепях центральной нервной системы.

Когда исследователи генетически изменили мышей, чтобы предотвратить выработку Tenm3, у них развилось меньше связей между сетчаткой и SCN, чем у животных с интактным Tenm3. Однако у мышей, лишенных Tenm3, развилось гораздо больше связей между клетками в ядре и оболочке SCN, где Tenm3 обычно локализуется.

Чтобы понять, как Tenm3 может стабилизировать циркадные ритмы или нарушать их под воздействием даже небольшого количества света, ученые провели ряд экспериментов.

Сначала они приучили мышей, лишенных Tenm3, к 12-часовому циклу свет/темнота, а затем сдвинули темный период на шесть часов вперед. Мышам с интактным Tenm3 потребовалось около четырех дней, чтобы перенастроить свои циркадные ритмы на этот сдвиг, о чем свидетельствовали паттерны активности, диагностирующие нормальные циклы сна. Однако животные без Tenm3 перестраивались гораздо быстрее, примерно за половину времени.

Когда исследователи провели аналогичный эксперимент со светом, вдвое более тусклым, чем в предыдущем тесте, мышам с Tenm3 потребовалось около восьми дней, чтобы перестроить свои циркадные циклы, а мышам без Tenm3 — только около четырех дней. Даже 15-минутный импульс тусклого света вызывал у мышей с недостатком Tenm3 — но не у мышей с нормальным белком Tenm3 — выработку химического вещества в мозге, которое служит косвенным показателем воздействия света, что говорит о повышенной чувствительности к световым сигналам, необходимым для настройки или сброса циркадных часов.

Эти результаты наводят авторов на мысль, что Tenm3 помогает настроить мозг на поддержание стабильных циркадных ритмов даже при переменном воздействии света. По словам Хаттара, узнав больше об этой системе и роли Tenm3, исследователи, возможно, смогут диагностировать и лечить сбои, которые приводят к бессоннице и другим расстройствам сна у людей, а также разработать методы лечения задержки реактивного движения.

Это имеет очень четкие последствия для здоровья человека, — заключает он.