Vedci z Duke-NUS Medical School a Kalifornskej univerzity v Santa Cruz objavili tajomstvo regulácie našich vnútorných hodín. Zistili, že tento regulátor sa nachádza priamo v zadnej časti kazeínkinázy 1 delta (CK1δ), proteínu, ktorý funguje ako pacemaker našich vnútorných biologických hodín alebo prirodzených 24-hodinových cyklov, ktoré riadia spánok a bdenie a ďalšie denné funkcie známe ako cirkadiánny rytmus. Výsledky štúdie uverejnené v časopise PNAS môžu otvoriť cestu k novým prístupom k liečbe porúch súvisiacich s našimi vnútornými hodinami.
Aktuálny výskum
CK1δ reguluje cirkadiánne rytmy tým, že označuje iné proteíny zapojené do našich biologických hodín s cieľom optimalizovať načasovanie týchto rytmov. Okrem modifikácie iných proteínov možno označiť aj samotný CK1δ, čím sa zmení jeho vlastná schopnosť regulovať proteíny zapojené do riadenia vnútorných hodín tela. Predchádzajúci výskum identifikoval dve rôzne verzie CK1δ, známe ako izoformy δ1 a δ2, ktoré sa líšia len 16 stavebnými blokmi alebo aminokyselinami priamo na konci proteínu v časti nazývanej C-terminálny chvost. Tieto malé rozdiely však majú významný vplyv na funkciu CK1δ.
Hoci sa vedelo, že schopnosť týchto proteínov regulovať telesné hodiny sa pri ich značení znižuje, nikto presne nevedel, ako k tomu dochádza. Pomocou pokročilých spektroskopických a spektrometrických techník, ktoré dokážu priblížiť koncové časti, vedci zistili, že spôsob značenia proteínov je určený ich rozdielnymi sekvenciami koncových častí. Carrie Partchová, profesorka na Howard Hughes Medical Institute a na katedre chémie a biochémie Kalifornskej univerzity v Santa Cruz a zodpovedajúca autorka štúdie, vysvetlila: „Naše výsledky ukazujú tri špecifické miesta na chvoste CK1δ, kde sa môžu pripojiť fosfátové skupiny, a tieto miesta sú rozhodujúce pre riadenie aktivity proteínu. Keď sú tieto miesta označené fosfátovou skupinou, CK1δ sa stáva menej aktívnym, čo znamená, že je menej účinný pri ovplyvňovaní našich cirkadiánnych rytmov. Pomocou analýzy s vysokým rozlíšením sa nám podarilo identifikovať presné miesta, o ktoré ide – a to je skutočne vzrušujúce.“
Nové spôsoby liečby porúch cirkadiánneho rytmu a celého radu ochorení
Profesor David Virshup, riaditeľ programu biológie rakoviny a kmeňových buniek na Duke-NUS a spoluautor štúdie, prvýkrát študoval tento proteín pred viac ako 30 rokmi, keď skúmal jeho úlohu pri delení buniek. Vďaka technológii, ktorá je teraz k dispozícii, sa vedcom konečne podarilo prísť na koreň otázke, ktorá zostávala nezodpovedaná viac ako 25 rokov. Vedci zistili, že chvost δ1 silnejšie interaguje s hlavným telom proteínu, čo vedie k silnejšej autoinhibícii v porovnaní s δ2. To znamená, že δ1 je silnejšie regulovaný svojím chvostom ako δ2. Keď sú tieto miesta mutované alebo odstránené, δ1 sa stáva aktívnejším, čo vedie k zmenám cirkadiánnych rytmov. Naopak, δ2 nemá rovnaký regulačný účinok prostredníctvom svojej chvostovej oblasti.
Tento objav ukazuje, ako môže malá časť CK1δ výrazne ovplyvniť jej celkovú aktivitu. Táto samoregulácia je nevyhnutná na udržanie aktivity CK1δ v rovnováhe, čo následne pomáha regulovať cirkadiánne rytmy. Štúdia sa zaoberala aj širšími dôsledkami týchto zistení. CK1δ zohráva úlohu vo viacerých dôležitých procesoch okrem cirkadiánnych rytmov, vrátane delenia buniek, vývoja rakoviny a niektorých neurodegeneratívnych ochorení. Lepším pochopením regulácie aktivity CK1δ môžu vedci otvoriť nové možnosti liečby nielen porúch cirkadiánneho rytmu, ale aj celého radu ochorení.
Regulácia našich vnútorných hodín presahuje rámec liečby jet lagu– ide o zlepšenie kvality spánku, metabolizmu a celkového zdravia. Tento dôležitý objav by mohol potenciálne otvoriť nové dvere k liečbe, ktorá by mohla zmeniť spôsob, akým riadime tieto dôležité aspekty nášho každodenného života. Vedci plánujú ďalej skúmať, ako faktory reálneho sveta, ako napríklad strava a zmeny prostredia, ovplyvňujú označovacie miesta na CK1δ. To by mohlo priniesť poznatky o tom, ako tieto faktory ovplyvňujú cirkadiánny rytmus, a viesť k praktickým riešeniam na riešenie jeho porúch.
