Zegar biologiczny i metabolizm

Oscylacje dobowe wynikają przede wszystkim z aktywności dwóch białek, CLOCK i BMAL1, które powodują rytmiczne zmiany w ekspresji genów uczestniczących w pewnych dobowych funkcjach biologicznych. Dotychczas większość badań na temat tych oscylacji koncentrowała się na transkryptomie. Jednakże to białka są rzeczywistymi mediatorami funkcji komórek, więc naukowcy powinni przeanalizować swoje podejście i poszerzyć zakres badań, uwzględniając proteomikę.

Podczas finansowanego przez UE projektu "Circadian clock function by quantitative proteomics and phosphoproteomics" (CLOCKPROTEOMICS) badano rolę białek w działaniu dobowego zegara biologicznego na przykładzie tkanki myszy. Naukowcy korzystali z najnowocześniejszej techniki spektroskopii mas w połączeniu z proteomiką ilościową, aby zbadać rytm dobowy ekspresji białek u ssaków.

Naukowcy stwierdzili, że około 6% białek wątroby podlega cyklom dobowym a ich oscylacje różnią się od oscylacji odpowiadających im transkryptów. Wskazuje to wyraźnie, że to mechanizmy posttranskrypcyjne napędzają zmiany faz aktywności białek i procesów metabolicznych.

Oscylacje dobowe białek wątroby wydają się służyć nie tylko regulacji metabolizmu, lecz również innym procesom komórkowym. Kolejny etap projektu polegał na opisaniu oscylacji dobowych białek fosforylowanych. Ta modyfikacja jest związana z rozlicznymi funkcjami białek. Wyniki potwierdziły istnienie oscylacji dobowych w poziomie fosforylowanych białek wątroby.

Ponadto naukowcy analizowali, które kompleksy białkowe wiążą zgodne sekwencje zegarowe DNA, zwłaszcza promotor homologu genu cyklicznego białka dobowego 2 (per2). Zidentyfikowali też inne białka oprócz BMAL i CLOCK, które wiążą zgodne sekwencje DNA i opisali po raz pierwszy rolę białek zegarowych w powstawaniu modyfikacji chromatyny.

Prace badania CLOCKPROTEOMICS podkreśliły znaczenie zegara dobowego w metabolizmie ssaków. Naukowcy stworzyli solidne podstawy dla wiedzy na temat mechanizmów regulowania transkrypcji genów przez białka CLOCK.