یک ساعت شبانه روزی خودنوسان در یک لوله آزمایش مونتاژ شده است


چرخه های روزانه تقریباً در هر زمینه ای از فیزیولوژی ما توسط ساعت های بیولوژیکی (یا شبانه روزی) در سلول های ما کنترل می شود. تا به امروز ، تیمی از دانشمندان بین رشته ای ساعت شبانه روزی سیانوباکتریا را در یک لوله آزمایش بازسازی کرده اند که به آنها امکان می دهد تا تعاملات موزون پروتئین های ساعت را در زمان واقعی مطالعه کنند و به آنها کمک کند درک کنند که فعل و انفعالات ساعت بیان ژن را کنترل می کند. دکتر کری پارچ ، استاد شیمی و بیوشیمی در دانشگاه گفت: “بازیابی یک فرایند بیولوژیکی پیچیده مانند یک ساعت شبانه روزی واقعاً به ما کمک کرد تا نحوه عملکرد پروتئین های ساعت و درک عمیق تر ریتم های شبانه روزی را یاد بگیریم.” نویسنده مربوطه یک مطالعه منتشر شده در کالیفرنیا (سانتا کروز) علوم پایهبه تیم تحقیقاتی متشکل از سه آزمایشگاه در UC Santa Cruz ، UC Merced و San Diego ، تحقیقات خود را در مقاله ای با عنوان “بازگرداندن یک ساعت بدون شکستگی مکانیسم های صرفه جویی در زمان شبانه روزی را نشان می دهد” توضیح می دهد.

برهمکنش چرخه ای پروتئین های ساعت ، ریتم های بیولوژیکی زندگی را مطابق با چرخه روزانه و روزانه حفظ می کند ، و این نه تنها در انسان و سایر حیوانات پیچیده ، بلکه در موجودات ساده تک سلولی مانند سیانوباکتری ها نیز رخ می دهد. نویسندگان نوشتند: “ساعت های شبانه روزی سیستم های درون سلولی هستند که به موجودات تصویری داخلی از زمان محلی می دهند و پیامدهای جدی برای سلامتی به دنبال دارند.” همانطور که پارتچ اشاره می کند ، جزئیات مولکولی ساعت های شبانه روزی بسیار شبیه به سیانوباکتری های موجود در انسان است.

این مطالعه جدید بر اساس کار قبلی محققان ژاپنی است که در سال 2005 نوسان ساز گردش خون باکتریایی 24 ساعته اولیه ساعت را بازیابی کردند. نوسان ساز از سه پروتئین متصل تشکیل شده است: KaiA ، KaiB و KaiC. در سلولهای زنده ، سیگنالهای نوسان ساز از طریق پروتئین های دیگر منتقل می شوند تا بیان ژن در چرخه گردش خون را کنترل کنند. نویسندگان می گویند: “ژن های اصلی ساعت شبانه روزی سیانوباکتریا ، kaiA ، kaiB و kaiC برای بیان ژنهای موزون ضروری هستند و پروتئین های آنها ریتم خودکار فسفوریلاسیون KaiC 24 ساعته را به صورت in vivo تشکیل می دهند.” اشاره شد.

علاوه بر پروتئین های نوسان ساز ، ساعت جدید in vitro (IVC) شامل دو پروتئین کیناز (SasA و CikA) است که فعالیت آنها در اثر تعامل با نوسان ساز و همچنین پروتئین اتصال دهنده DNA (RpaA) و DNA آن تغییر می کند. اندی لیوانگ ، نویسنده ، استاد شیمی و بیوشیمی در UC Merced ، می گوید: “SasA و CikA به ترتیب RpaA را فعال و غیرفعال می کنند ، زیرا DNA را به طور متناوب متصل می کند.” “در سیانوباکتریها ، اتصال و ارتباط موزون در بیش از 100 قسمت مختلف ژنوم آنها بیان تعداد زیادی ژن را که برای سلامتی و بقا مهم هستند فعال و غیرفعال می کند.”

با استفاده از روشهای برچسب گذاری فلورسنت ، محققان توانستند برهم کنش این اجزای ساعت را مشاهده کنند ، زیرا کل سیستم با ریتم شبانه روزی برای روزها و حتی هفته ها در حال نوسان است. آنها می گویند: “کل سیستم به تنهایی ارتعاش می کند و با خواندن های مبتنی بر فلورسانس برای چندین روز در انسجام فاز می ماند و امکان نظارت همزمان بر روی هر جزء را به طور همزمان بدون دخالت کاربر فراهم می کند.” سپس آنها توانستند تعیین کنند که چگونه SasA و CikA می توانند قدرت نوسان ساز را افزایش دهند ، که به پروتئین های KaiABC اجازه می دهد تا زمانی که نوسان خود به خود متوقف می شوند ، پایدار بمانند.

تیمی از دانشمندان دانشگاه UC ساعت شبانه روزی سیانوباکتریا را در یک لوله آزمایش بازسازی کردند که به آنها اجازه داد تا فعل و انفعالات مولکولی پروتئین های ساعت را در زمان واقعی مطالعه کنند و بفهمند که چگونه این فعل و انفعالات به کنترل بیان ژن ساعت کمک می کند. [Andy LiWang]

محققان همچنین منشا ژنتیکی اختلال ساعت را در یک نوع آریتمی از سیانوباکتری ها با استفاده از یک سیستم آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار دادند. آنها یک جهش واحد در ژن RpaA را شناسایی کردند که کارایی اتصال پروتئین به DNA را کاهش می دهد. سوزان گلدن ، مدیر مرکز زیست شناسی شبانه روزی در سان دیه گو ، پارتچ و لیوانگ ، همچنین اعضای آن ، می گوید: “تغییر یک اسید آمینه در فاکتور رونویسی باعث می شود که سلول بیان ژن را از دست بدهد حتی زمانی که ساعت کثیف است.”

حضور یک ساعت کار را می توان نه در سلولهای زنده بلکه در یک لوله آزمایش ، که بستری قدرتمند برای مطالعه مکانیسم های ساعت و نحوه واکنش آن به تغییرات است ، مورد بررسی قرار داد. این تیم آزمایشاتی روی سلول های زنده انجام دادند و تأیید کردند که نتایج آزمایشگاهی آنها با عملکرد ساعت در سیانوباکتریای زنده سازگار است. لیوانگ می گوید: “این نتایج بسیار شگفت آور بود ، زیرا نتایج in vitro اغلب برعکس نتایج مشاهده شده در داخل بدن است.” “داخلی سلولهای زنده بسیار پیچیده است ، با شرایط عادی در شرایط آزمایشگاهی بسیار متفاوت است.”

نویسندگان نتیجه گرفتند: “افزایش ساعت آزمایشگاهی مکانیسم های ناشناخته ای را نشان می دهد که سرعت و ریتم سیستم گردش خون سیانوباکتریا را در غلظت های متغیر پروتئین حفظ می کند … این سیستم IVC تازه توسعه یافته برای حفظ ثبات ساعت در محیط in vivo طراحی شده است. فرصتی بی سابقه را فراهم می کند. “یک بستر آزمایشی برای ترکیب تغییرات موزون در غلظت اجزای ساعت ناشی از بازخورد مربوط به رونویسی و تبادل پروتئین ، و برای ترکیب نوسان ساز با تعامل اجزای بالا و پایین.”

گلدن افزود: “زیبایی واقعی این پروژه این است که تیمی از سه محوطه دانشگاه UC گرد هم آمدند و به پاسخگویی چگونگی تعیین زمان توسط سلول نزدیک شدند.” “همکاری فعال ، علاوه بر محققان اصلی ، اهمیت یافته های آنها را برای به اشتراک گذاشتن اطلاعات ژنتیک ، زیست شناسی ساختاری و بیوفیزیک با دانش آموزان و متخصصان مختلف در رشته های مختلف توضیح داد. ارتباط بین رشته ای یک مهارت قابل توجه برای محققان است. همچنین برای موفقیت چنین پروژه ای مهم است. “

دیدگاهتان را بنویسید