Naukowcy z Duke-NUS Medical School i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz odkryli sekret regulacji naszego wewnętrznego zegara. Odkryli, że regulator ten znajduje się na samym końcu kinazy kazeinowej 1 delta (CK1δ), białka, które działa jako stymulator naszego wewnętrznego zegara biologicznego lub naturalnych 24-godzinnych cykli, które kontrolują wzorce snu i czuwania oraz inne codzienne funkcje znane jako rytm okołodobowy. Wyniki badania, opublikowane w czasopiśmie PNAS, mogą utorować drogę do nowych metod leczenia zaburzeń związanych z naszym wewnętrznym zegarem.
Aktualne badania
CK1δ reguluje rytmy oko łodobowe poprzez oznaczanie innych białek zaangażowanych w nasz zegar biologiczny w celu optymalizacji czasu tych rytmów. Oprócz modyfikowania innych białek, sama CK1δ może być znakowana, zmieniając swoją zdolność do regulowania białek zaangażowanych w kontrolowanie wewnętrznego zegara organizmu. Poprzednie badania zidentyfikowały dwie różne wersje CK1δ, znane jako izoformy δ1 i δ2, które różnią się tylko 16 blokami budulcowymi lub aminokwasami, na samym końcu białka w części zwanej C-końcowym ogonem. Jednak te niewielkie różnice mają znaczący wpływ na funkcję CK1δ.
Chociaż wiadomo było, że zdolność tych białek do regulowania zegara ciała jest zmniejszona, gdy są one oznakowane, nikt nie wiedział dokładnie, jak to się dzieje. Dzięki zastosowaniu zaawansowanych technik spektroskopowych i spektrometrycznych, które mogą powiększać fragmenty końcowe, naukowcy odkryli, że sposób znakowania białek zależy od ich różnych sekwencji końcowych. Carrie Partch, profesor w Instytucie Medycznym Howarda Hughesa i na Wydziale Chemii i Biochemii Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz oraz autor korespondencyjny badania, wyjaśniła: „Nasze wyniki pokazują trzy specyficzne miejsca na ogonie CK1δ, w których mogą przyłączać się grupy fosforanowe, a miejsca te są krytyczne dla kontrolowania aktywności białka. Gdy miejsca te są oznaczone grupą fosforanową, CK1δ staje się mniej aktywne, co oznacza, że jest mniej skuteczne w wpływaniu na nasze rytmy okołodobowe. Korzystając z analizy w wysokiej rozdzielczości, byliśmy w stanie zidentyfikować dokładnie te miejsca – i to jest naprawdę ekscytujące”.
Nowe sposoby leczenia zaburzeń rytmu okołodobowego i szeregu chorób
Profesor David Virshup, dyrektor programu biologii raka i komórek macierzystych w Duke-NUS i współautor badania, po raz pierwszy zbadał to białko ponad 30 lat temu, kiedy badał jego rolę w podziale komórek. Dzięki dostępnej obecnie technologii naukowcy mogli wreszcie dotrzeć do sedna pytania, które pozostawało bez odpowiedzi przez ponad 25 lat. Naukowcy odkryli, że ogon δ1 silniej oddziałuje z główną częścią białka, co prowadzi do silniejszej autoinhibicji w porównaniu do δ2. Oznacza to, że δ1 jest silniej regulowany przez swój ogon niż δ2. Kiedy te miejsca są zmutowane lub usunięte, δ1 staje się bardziej aktywny, co prowadzi do zmian w rytmach okołodobowych. W przeciwieństwie do tego, δ2 nie ma takiego samego efektu regulacyjnego poprzez swój region ogonowy.
Odkrycie to pokazuje, jak niewielka część CK1δ może znacząco wpływać na jego ogólną aktywność. Ta samoregulacja jest niezbędna do utrzymania aktywności CK1δ w równowadze, co z kolei pomaga regulować rytmy okołodobowe. W badaniu przeanalizowano również szersze implikacje tych odkryć. CK1δ odgrywa rolę w kilku ważnych procesach poza rytmem okołodobowym, w tym w podziale komórek, rozwoju raka i niektórych chorobach neurodegeneracyjnych. Dzięki lepszemu zrozumieniu regulacji aktywności CK1δ, naukowcy mogą otworzyć nowe możliwości leczenia nie tylko zaburzeń rytmu okołodobowego, ale także szeregu chorób.
Regulacja naszych wewnętrznych zegarów wykracza poza leczenie jet lag –chodzi o poprawę jakości snu, metabolizmu i ogólnego stanu zdrowia. To ważne odkrycie może potencjalnie otworzyć nowe drzwi do terapii, które mogą zmienić sposób, w jaki zarządzamy tymi istotnymi aspektami naszego codziennego życia. Naukowcy planują dalej badać, w jaki sposób rzeczywiste czynniki, takie jak dieta i zmiany środowiskowe, wpływają na miejsca znakowania na CK1δ. Może to zapewnić wgląd w to, jak czynniki te wpływają na rytm okołodobowy i prowadzić do praktycznych rozwiązań w zakresie radzenia sobie z zakłóceniami.
