Vědci z Duke-NUS Medical School a Kalifornské univerzity v Santa Cruz odhalili tajemství regulace našich vnitřních hodin. Zjistili, že tento regulátor se nachází přímo v zadní části kaseinkinázy 1 delta (CK1δ), proteinu, který funguje jako pacemaker našich vnitřních biologických hodin neboli přirozených 24hodinových cyklů, které řídí spánek a bdění a další denní funkce známé jako cirkadiánní rytmus. Výsledky studie zveřejněné v časopise PNAS mohou otevřít cestu k novým přístupům k léčbě poruch souvisejících s našimi vnitřními hodinami.
Aktuální výzkum
CK1δ reguluje cirkadiánní rytmy tím, že označuje další proteiny zapojené do našich biologických hodin, aby optimalizoval načasování těchto rytmů. Kromě modifikace jiných proteinů lze označit i samotný CK1δ, čímž se změní jeho vlastní schopnost regulovat proteiny podílející se na řízení vnitřních hodin v těle. Předchozí výzkum identifikoval dvě různé verze CK1δ, známé jako izoformy δ1 a δ2, které se liší pouze 16 stavebními bloky neboli aminokyselinami, a to přímo na konci proteinu v části zvané C-terminální ocas. Tyto malé rozdíly však mají významný vliv na funkci CK1δ.
I když se vědělo, že schopnost těchto proteinů regulovat tělesné hodiny je snížena, když jsou označeny, nikdo přesně nevěděl, jak k tomu dochází. Pomocí pokročilých spektroskopických a spektrometrických technik, které dokáží přiblížit koncové části, vědci zjistili, že způsob značení proteinů je dán jejich odlišnou sekvencí koncových částí. Carrie Partchová, profesorka na Lékařském institutu Howarda Hughese a na katedře chemie a biochemie Kalifornské univerzity v Santa Cruz a odpovídající autorka studie, vysvětlila: „Naše výsledky ukazují tři specifická místa na ocase CK1δ, kde se mohou připojovat fosfátové skupiny, a tato místa jsou rozhodující pro řízení aktivity proteinu. Když jsou tato místa označena fosfátovou skupinou, CK1δ se stává méně aktivní, což znamená, že je méně účinný při ovlivňování našich cirkadiánních rytmů. Pomocí analýzy s vysokým rozlišením se nám podařilo identifikovat přesná místa, o která se jedná – a to je skutečně vzrušující.“
Nové způsoby léčby poruch cirkadiánního rytmu a řady onemocnění
Profesor David Virshup, ředitel programu biologie rakoviny a kmenových buněk na Duke-NUS a spoluautor studie, poprvé studoval tento protein před více než 30 lety, kdy zkoumal jeho roli při dělení buněk. Díky technologii, která je nyní k dispozici, mohli vědci konečně přijít na kloub otázce, která zůstávala více než 25 let nezodpovězena. Vědci zjistili, že ocásek δ1 silněji interaguje s hlavním tělem proteinu, což vede k silnější autoinhibici ve srovnání s δ2. To znamená, že δ1 je svým ocasem regulován silněji než δ2. Pokud jsou tato místa mutována nebo odstraněna, δ1 se stává aktivnějším, což vede ke změnám cirkadiánních rytmů. Naproti tomu δ2 nemá stejný regulační účinek prostřednictvím své ocasní oblasti.
Tento objev ukazuje, jak malá část CK1δ může výrazně ovlivnit její celkovou aktivitu. Tato samoregulace je zásadní pro udržení rovnováhy aktivity CK1δ, která následně pomáhá regulovat cirkadiánní rytmy. Studie se zabývala také širšími důsledky těchto zjištění. CK1δ hraje roli v několika důležitých procesech mimo cirkadiánní rytmy, včetně dělení buněk, vývoje rakoviny a některých neurodegenerativních onemocnění. Lepším pochopením regulace aktivity CK1δ mohou vědci otevřít nové možnosti léčby nejen poruch cirkadiánního rytmu, ale i celé řady onemocnění.
Regulace našich vnitřních hodin přesahuje rámec léčby jet lagu– jde o zlepšení kvality spánku, metabolismu a celkového zdraví. Tento důležitý objev by mohl potenciálně otevřít nové dveře k léčbě, která by mohla změnit způsob, jakým řídíme tyto zásadní aspekty našeho každodenního života. Vědci plánují dále zkoumat, jak faktory reálného světa, jako je strava a změny životního prostředí, ovlivňují místa značení na CK1δ. To by mohlo přinést poznatky o tom, jak tyto faktory ovlivňují cirkadiánní rytmus, a vést k praktickým řešením, jak se s jeho poruchami vypořádat.
