Экспрессия генов, регулируемая циркадными ритмами, не подстраивается под смену распорядка дня при работе в ночную смену, сообщается в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Это выяснили канадские ученые, проанализировав транскриптом людей, которые в течение четырех дней ложились спать на десять часов позже привычного времени.

У человека циркадные ритмы настроены на 24-часовой цикл и регулируются светом: именно отвечающая за циклы сна и бодрствования цепочка белков и генов, совершающих суточные колебания, заставляет нас хотеть спать ночью (посредством выработки мелатонина) и вставать с утра (за это во многом отвечает выработка кортизола). Биологические часы современного человека зачастую сбиваются: этому виной не только повсеместное искусственное освещение, но и необходимость, например, работать ночью и совершать длительные перелеты.

Переход на ночной образ жизни связан с появлением многочисленных проблем со здоровьем, причем как физических, так и психических: среди возможных последствий — расстройства сна и пищевого поведения, ожирение, сердечно-сосудистые заболевания и депрессия. Одна бессонная ночь, например, по негативному воздействию на организм равняется полугоду злоупотребления фастфудом, а также значительно увеличивает количество в мозге бета-амилоидов — патологических форм белков, отвечающих в том числе за развитие болезни Альцгеймера.

Молекулярная основа физиологических эффектов смены циркадных ритмов, однако, до сих пор не изучена до конца. Проверить, как бессонная ночь влияет на гены, экспрессия которых настраивается биологическими часами организма, решили биологи из Университета Макгилла (Монреаль, Канада) под руководством Лоры Кервези (Laura Kervezee). В их эксперименте приняли участие восемь добровольцев (средний возраст — 22,5 года), которых на несколько дней поместили в лабораторные комнаты. У каждого из них по несколько раз в день (всего — от 12 до 14 раз за весь период) брали образец периферической крови, из которой выделяли РНК для полногеномного анализа.

Первый день исследования участникам позволили провести так, как они проводят его обычно: это позволило ученым рассмотреть «привычную» для каждого добровольца экспрессию генов, а также выяснить время нормального отхода ко сну. В течение последующих четырех дней участников поместили на симуляцию работы в ночную смену, позволив им ложиться спать только спустя десять часов после нормального времени. Участникам также можно было спать только восемь часов в сутки.

При переходе на работу в ночную смену участники в среднем спали меньше: в последний день исследования — примерно на 38 минут меньше позволенного им времени. Проанализировав транскриптом участников, ученые выделили гены, повышенная или пониженная экспрессия которых зависит от работы индивидуальных биологических часов участников. Помимо генов-регуляторов циркадных ритмов (например, CLOCK), ученые также отметили, например, FCGR3A и GNLY, участвующие в поддержании иммунитета (они принимают участие в выработке антител), а также участвующего в процессе метаболизма MPI (он отвечает за углеводный обмен).

Ученые выяснили, что 73 процента всех выделенных генов не смогли адаптироваться к смене режима. Их экспрессия осталась «настроенной» на привычный распорядок дня: несмотря на изменившиеся обстоятельства, организм участников существовал в соответствии с привычными циклами сна и бодрствования.

Экспрессия (пониженная — синим, повышенная — красным) генов, регулируемая циркадными ритмами в привычном режиме (слева) и в экспериментальных условиях (справа). Kervezee et al. / PNAS 2018

Авторы отмечают, что эксперимент проходил в строго контролируемых лабораторных условиях, поэтому экологическая валидность полученных результатов достаточно низкая, а в будущем необходимо провести исследования с участием людей, работающих в ночную смену в реальной жизни. Стоит также отметить, что маленькая выборка исследования объясняется дороговизной исследований анализа транскриптома. Зачастую люди не просто сбивают свои естественные биологические часы одной бессонной ночью, но систематически нарушают их работу, предпочитая ночной образ жизни. Пока что точно неизвестно, насколько хорошо организм «сов» подстроен под их хронотип, но недавно ученые выяснили, что вечерне-ночной режим связан с повышенным риском ранней смерти от различных причин.

Автор: Елизавета Ивтушок