Биологи создали и протестировали на клеточных культурах соединение, которое в зависимости от длины волны света может контролируемо удлинять период циркадного ритма клетки. Меняя условия воздействия светом, ученым удалось сдвинуть и фазу циркадного ритма клеток.

Авторы работы, опубликованной в Nature Communications, предполагают, что подобный принцип действия поможет в будущем разработать средства для терапии синдрома смены часового пояса и расстройств циркадных ритмов, а значит, предупредить заболевания, вызываемые этими состояниями.

Циркадные ритмы – внутренние циклы активности клеток с периодом примерно 24 часа. Эти циклы позволяют организмам приспосабливаться к ежедневным изменениям окружающей среды. Циркадные ритмы крайне важны для здоровья: они контролируют смену сна и бодрствования, метаболизм и выделение гормонов. Современный образ жизни вызывает рассинхронизацию организма со сменой дня и ночи, что в свою очередь может приводить к кардиоваскулярным и желудочно-кишечным заболеваниям, болезни Альцгеймера, диабету и различным ментальным расстройствам.

Благодаря методам генетики и молекулярной биологии, ученые знают, какие механизмы лежат в основе управления циркадными ритмами – а значит, представляют, как ими можно (хотя бы в теории) управлять.

Однако предлагаемым методам не хватает способов управления в пространстве и времени. Поскольку «часовой механизм» заложен во всех клетках тела, малые молекулы, при помощи которых ученые обычно пытаются управлять циркадными ритмами, могут повлиять на циклы активности не только необходимых органов или тканей, но и еще где-либо. Для точной регуляции можно использовать подходы фотофармакологии: создавать молекулы, которые будут по-разному влиять на клеточные процессы в зависимости от воздействия светом разной длины волны.

У млекопитающих важную роль в регуляции циркадного ритма играет малая молекула лонгдэйзин. Эта молекула блокирует действие фермента (киназы), который обычно фосфорилирует белок под названием PER (сокращенное от «период»). Помеченный остатками фосфорной кислоты белок подлежит разрушению, и такое плановое снижение его концентрации в клетке поддерживает суточный цикл длиной в 24 часа. Если лонгдэйзин слишком активен, то киназа хуже выполняет свою роль, белок PER дольше остается в строю, а вместе с ним удлиняется период ритма клетки.

Ученые из Гронингенского университета предложили изменить лонгдэйзин таким образом, чтобы в зависимости от воздействия светом он обратимо менял свою изомерную форму и, соответственно, то слабее, то сильнее ингибировал киназу.