Ученые более подробно изучили механизмы хронометража

Многие животные, включая человека, имеют внутренние часы и календарь, которые помогают им регулировать поведение, физиологические функции и биологические процессы. Несмотря на то, что ученые провели обширные исследования механизмов хронометража, которые информируют об ежедневных функциях (циркадные ритмы), они очень мало знают о его механизмах, которые сообщают о сезонных функциях.

Новые исследования, которые будут опубликованы на этой неделе в интернет-издании Proceedings of the National Academy of Sciences, впервые показывают, что это измерение сезонного времени имеет эпигенетический компонент, сообщает mindbrain.ru. Эпигенетика относится к изменению в экспрессии генов, которая протекает без изменения в последовательности ДНК молекул.

Исследование опиралось на сибирских хомяков — единственная порода, которая размножается в конце весны и в начале лета, когда дни являются самыми длинными по продолжительности. Оно раскрыло молекулярный механизм того, как эта порода хомяков избегает размножение в осенне-зимний период, тем самым предотвращая роды в холодное время, когда имеется существенная нехватка ресурсов.

Вот как работает данный механизм: Воздействие коротких периодов дневного света уменьшает метилирование ДНК в гипоталамусе хомяков. (Метилирование ДНК, метильная группа — соединение одного атома углерода и трех атомов водорода, которое подключается к гену, тем самым изменяя его экспрессию). В свою очередь, снижение метилирования ДНК стимулирует экспрессию гена, который «отключает» репродуктивные свойства хомяка.

«Наши результаты показали, что метилирование ДНК действует как динамический механизм в мозге млекопитающих, играя главную роль в психологической и физиологической ориентации животного к продолжительности дня», — говорит соавтор исследования Брайан Прендергаст, профессор психологии в Чикагском университете (англ. University of Chicago). «Но это исследование является лишь верхушкой айсберга, поскольку оно помогает осветить плохо изученные области сезонного размножения животных и внутренний механизм хронометража, которые регулируют жизнь животного».

«Люди, как и хомяки, млекопитающие и позвоночные животные, являются на удивление сезонными», — добавил Прендергаст, сославшись на длинный, удивительный перечень универсальных человеческих переживаний, которые имеют сезонные составляющие, в том числе рождение, смерть, самоубийства, вирусные инфекции, смертность от бактериальных инфекций, сон и синдром внезапной детской смерти. «Многие из этих переживаний связанны с продолжительностью дня», — сказал он, «поэтому очень важно узнать, как фотопериодическое измерение времени функционирует у животных».

Сибирский хомяк — хороший «предмет» для изучения сезонного хронометража. Когда дни идут на сокращение, самцы теряют около 30 процентов от массы своего тела, линяют и их яички значительно уменьшаются в размерах. «Изменения настолько велики, что хомяк совсем не похож на себя», — сказал Прендергаст.

Новое исследование показывает, как эти изменения связаны с реакциями хомяка на постоянно меняющуюся продолжительность дня, а также, что эти изменения связаны с уровнем мелатонина, и что данный процесс является обратимым.

«Метилирование ДНК является ключевым механизмом, посредством которого продолжительность дня и уровень мелатонина оказывают сезонный контроль над экспрессией фермента дейодиназы, известного как DIO3, которая является ключевым моментом в поддержке репродуктивных свойств в период размножения», — сказал соавтор исследования Тайлер Стивенсон, старший преподаватель в Институте биологических, экологических и сельских наук (англ. Institute of Biological and Environmental Science) при Абердинском университете (англ. University of Aberdeen) в Шотландии.

«У животных по сравнению с людьми нет ни часов, ни календарей, ни компьютеров, ни смартфонов, но их внутренние физиологические механизмы, почти так же точны, как эти устройства. Естественный отбор привел к организмам, которые сформировали внутреннее представление времени, а наши исследования направлены на изучение этого биологического хронометража», — сказал Прендергаст.

Финансировали данное исследование National Center for Research Resources и National Center for Advancing Translational Sciences при National Institutes of Health.