Эритроциты чувствуют день и ночь

Любой живой организм, будь то бактерия или человек, наделен биологическими часами, отсчитывающими время с периодом около 24 часов. Это так называемые циркадные часы. Они заранее подготавливают организм, настраивая все физиологические процессы в соответствии с повторяющимся циклом день-ночь. Например, перед рассветом скорость обмена веществ увеличивается, а вечером перед сном замедляется. Часы работают в каждой нашей клетке и запускают колебания различных метаболических процессов в зависимости от времени суток. Естественно, возник вопрос, какие процессы внутри клетки заставляют идти биологические часы?

Долгое время ученые объясняли существование циркадных колебаний работой «часовых» генов, которые отвечают за производство специальных белков, подающих клеткам сигнал о том, какое сейчас время суток и что необходимо сделать. Когда количество «часовых» белков превосходит некоторый пороговый уровень, они начинают угнетать «часовые» гены. Так возникает петля обратной связи, которая вызывает 24-часовые колебания «часовых» белков.

Каково же было удивление ученых, когда они обнаружили циркадные колебания в эритроцитах человека, которые не имеют ядра, а значит, и «часовых» генов. Это означало, что для биологических часов гены совсем необязательны. Наблюдение это сделали английские ученые Джон O’Нейл и Акилеш Редди из лаборатории молекулярной биологии Кембриджа и Института Фрэнсиса Крика, опубликовав свое исследование в 2011 году в престижном журнале «Nature» [O’Neill, Reddy Nature. 2011]. Они показали, что в изолированных эритроцитах человека, помещенных в темную камеру, происходят колебания с 24-часовым периодом окисленной и восстановленной форм антиоксидантного белка — пероксиредоксина. При этом колебания сохранялись в течение нескольких дней.

К исследованиям подключились коллеги из Университета Суррея [Henslee et al., Nature Communications. 2017]. С помощью метода диэлектрофореза они обнаружили повышение концентрации ионов калия внутри клетки днем и снижение ночью. Если поступление К⁺ в клетку заблокировать, то циркадные ритмы остановятся. Оказалось, ритмичный транспорт К⁺ через мембрану необходим для работы часового механизма в эритроцитах. Ученые предполагают, что колебания К⁺ помогают эритроциту адаптироваться к суточным изменениям водного баланса крови.

Эти результаты были опубликованы в 2017 году в «Nature Communications». Если секрет циркадных ритмов в эритроцитах будет раскрыт, то, возможно, найдется объяснение такому известному феномену, как увеличение числа сердечных приступов и инфарктов в утреннее время. Исследования продолжаются.