De cirkadiska klockorna som styr dygnsrytmen är sammanflätade med många viktiga system i levande organismer som växter, svampar, insekter och även människor. Av denna anledning är störningar i våra dygnsklockor förknippade med högre sjukdomsfrekvens hos människor, inklusive vissa typer av cancer och autoimmuna sjukdomar.

Varje ny insikt om mekanismerna bakom våra inre klockor för oss närmare möjligheten att göra förändringar

Dr Jennifer Hurley från Rensselaer Polytechnic Institute, Richard Baruch M.D. Career Development Chair och Associate Head of the Department of Biological Sciences, har ägnat sin karriär åt att förstå de mekanismer som gör att våra dygnsklockor kan mäta tid. ”Eftersom proteiner är livets byggstenar är det viktigt att få en grundläggande förståelse för hur dessa proteiner interagerar”, säger Hurley. ”Om vi vet hur proteinerna samverkar kan vi lära oss hur en organism beter sig och även få möjlighet att förändra beteendet.” I sin studie upptäckte Hurley och hennes team att det störda klockproteinet FRQ i svampen Neurospora crassa samverkade på oväntade sätt med ett protein som kallas FRH. De hittade regioner eller ”block” på FRQ som var positivt laddade. Dessa block gjorde det möjligt för FRQ och FRH att interagera över många olika regioner. ”Även om man ofta tänker på proteiner som välordnade strukturer finns det en hel klass av proteiner som är mer flexibla, som våta spaghettinudlar”, säger Hurley. ”Denna flexibilitet kan vara viktig för interaktioner mellan proteiner. När det gäller FRQ tror vi att dess ”nudelliknande” natur gör att de positivt laddade blocken kan binda till FRH, kanske som en kram.”

Forskarna hade förväntat sig en enkel, okomplicerad interaktion mellan FRQ och FRH, men fann att interaktionen var mycket mer komplex än de hade förväntat sig. Hurley och hennes team fann att denna så kallade kram får den molekylära dygnsklockan att förändras från ett timglas som måste nollställas varje dag av ljus till en ihållande oscillator som möjliggör en kontinuerlig rytm utan att behöva nollställas av ljus. Denna ihållande cirkadiska oscillator är den grundläggande metod med vilken den cirkadiska klockan mäter tid och reglerar allt från vårt beteende till hur ett djur i Arktis vet när det ska jaga, även när det inte finns något ljus tillgängligt under vintermånaderna. Varje ny insikt i mekanismerna bakom våra dygnsklockor för oss närmare möjligheten att göra förändringar som kommer att ha stora praktiska fördelar. Om vi kunde manipulera dygnsklockan skulle det kunna vara till hjälp vid produktion av biobränslen, för att bekämpa jetlag och för att säkerställa hälsan hos skiftarbetare och andra med oregelbundna arbetstider.

Hälso- och sjukvården erbjuder många möjligheter att tillämpa vår kunskap om dygnsrytmen. ”Inom vårt område kallar vi detta för kronoterapi”, säger Hurley. ”Om man skadar sig vid en viss tidpunkt på dygnet läker man mycket snabbare än vid en annan tidpunkt. Därför kan vi schemalägga operationer vid rätt tidpunkt på dagen. Vi kan även planera cellgiftsbehandlingar så att de sker vid en tidpunkt då friska celler inte delar sig, men cancerceller gör det, vilket minskar biverkningarna och ökar behandlingens effektivitet.” ”Med denna forskning har professor Hurley och hennes team återigen utökat vår förståelse för hur dygnsrytmen fungerar på molekylär nivå”, säger Dr. Curt Breneman, dekanus för Rensselaer School of Science. ”Denna djupa förståelse av mekanismerna bakom dygnsrytmen öppnar upp för nya möjligheter att bättre mildra dess effekter på högre organismer och människor.”