Zegary okołodobowe, które kontrolują rytm okołodobowy, są powiązane z wieloma ważnymi systemami w organizmach żywych, takich jak rośliny, grzyby, owady, a nawet ludzie. Z tego powodu zakłócenia naszych zegarów dobowych wiążą się z wyższymi wskaźnikami chorób u ludzi, w tym niektórych rodzajów raka i chorób autoimmunologicznych.

Każdy nowy wgląd w mechanizmy naszych wewnętrznych zegarów przybliża nas do możliwości wprowadzenia zmian.

Dr Jennifer Hurley z Rensselaer Polytechnic Institute, Richard Baruch M.D. Career Development Chair i Associate Head of the Department of Biological Sciences, poświęciła swoją karierę zrozumieniu mechanizmów, które umożliwiają naszym zegarom dobowym mierzenie czasu. „Ponieważ białka są budulcem życia, ważne jest, aby uzyskać fundamentalne zrozumienie, w jaki sposób białka te oddziałują ze sobą” – powiedziała Hurley. „Jeśli wiemy, jak białka oddziałują ze sobą, możemy dowiedzieć się, jak zachowuje się organizm, a także mieć możliwość zmiany tego zachowania”. W swoich badaniach Hurley i jej zespół odkryli, że zaburzone białko zegarowe FRQ u grzyba o nazwie Neurospora crassa oddziałuje w nieoczekiwany sposób z białkiem o nazwie FRH. Znaleźli oni regiony lub „bloki” na FRQ, które były naładowane dodatnio. Bloki te umożliwiały FRQ i FRH interakcję w wielu różnych regionach. „Podczas gdy białka są często uważane za dobrze uporządkowane struktury, istnieje cała klasa białek, które są bardziej elastyczne, jak mokry makaron spaghetti” – powiedział Hurley. „Ta elastyczność może być ważna dla interakcji między białkami. W przypadku FRQ uważamy, że jego „makaronowa” natura pozwala dodatnio naładowanym blokom wiązać się z FRH, być może jak uścisk”.

Naukowcy spodziewali się prostej, nieskomplikowanej interakcji między FRQ i FRH, ale okazało się, że interakcja była znacznie bardziej złożona, niż się spodziewali. Hurley i jej zespół odkryli, że ten tak zwany uścisk powoduje, że molekularny zegar okołodobowy zmienia się z klepsydry, która musi być resetowana każdego dnia przez światło, w trwały oscylator, który pozwala na ciągły rytm bez konieczności resetowania przez światło. Ten trwały oscylator okołodobowy jest podstawową metodą, za pomocą której zegar okołodobowy mierzy czas i reguluje wszystko, od naszego zachowania po sposób, w jaki zwierzę w Arktyce wie, kiedy polować, nawet jeśli w miesiącach zimowych nie ma dostępnego światła. Każdy nowy wgląd w mechanizmy naszych zegarów dobowych przybliża nas do możliwości wprowadzenia zmian, które przyniosą ogromne korzyści praktyczne. Gdybyśmy mogli manipulować zegarem okołodobowym, mogłoby to pomóc w produkcji biopaliw, zwalczaniu jet lag oraz zapewnieniu zdrowia pracownikom zmianowym i innym osobom pracującym w nieregularnych godzinach.

Opieka zdrowotna oferuje wiele możliwości zastosowania naszej wiedzy na temat rytmów okołodobowych. „W naszej dziedzinie nazywamy to chronoterapią” – mówi Hurley. „Jeśli zranisz się o określonej porze dnia, goisz się znacznie szybciej niż w innym czasie. Dlatego możemy zaplanować operacje o odpowiedniej porze dnia. Możemy nawet zaplanować chemioterapię w czasie, gdy zdrowe komórki nie dzielą się, ale komórki rakowe tak, zmniejszając w ten sposób skutki uboczne i zwiększając skuteczność leczenia”. „Dzięki tym badaniom profesor Hurley i jej zespół po raz kolejny poszerzyli naszą wiedzę na temat działania rytmów okołodobowych na poziomie molekularnym” – powiedział dr Curt Breneman, dziekan Rensselaer School of Science. „To głębokie zrozumienie mechanizmów procesów okołodobowych otwiera nowe możliwości lepszego łagodzenia ich wpływu na organizmy wyższe i ludzi”.