Sammensætning styrer biologisk ur med lys

Forskere ved Japan's Institute of Transformative Bio-Molecules (ITbM) ved Nagoya University, det hollandske universitet i Groningen, og kolleger har fundet en ny måde at regulere cellernes biologiske ure på. Yderligere undersøgelser af deres tilgang, offentliggjort i Journal of the American Chemical Society , kan føre til behandlinger for en række forskellige tilstande, herunder søvnforstyrrelser.

"Vi leverer en ny tilgang til præcist at kontrollere funktionen af ​​det cirkadiske ur ved hjælp af lys, " forklarer ITbM biokemiker Tsuyoshi Hirota, som ledede forskningen med University of Groningen kemiker Ben Feringa. "Den døgnrytme styrer de daglige rytmer i vores fysiologi. Dets dysfunktion er relateret til mange sygdomme, såsom søvnforstyrrelser, stofskiftesygdomme og kræft. En ny måde at kontrollere døgnuret på kunne afsløre molekylære urmekanismer og danne grundlag for terapi for døgn-relaterede sygdomme."

Forskernes tilgang involverede at kontrollere et molekyle kaldet longdaysin, som de fandt regulerer cellulære døgn-ure. Longdaysin binder sig til et enzym kaldet CKI, hæmmer dets aktivitet og forlænger tiden for det biologiske ur til at gennemgå en søvn-vågen-cyklus.

For at kontrollere denne proces, holdet inkorporerede et kemisk "bur" i longdaysin, der reagerer på lys, kaldet en foto-removable protecting group (PPG). Under mørke forhold, PPG forhindrede longdaysin i at binde med CKI. Når forbindelsen blev udsat for UV eller lilla lys, PPG udgav longdaysin, gør det muligt for det at binde sig til og hæmme CKI. Processen var vellykket i menneskelige celler, musevæv, og i zebrafisklarver.

Dette niveau af kontrol af longdaysin aktivitet med lys kan føre til udvikling af terapeutiske midler til at justere urperioden for mennesker med en tilstand kaldet familiær fremskreden søvnfase. Genetiske mutationer relateret til CKI fører til tilstanden, får en person til at blive unormalt søvnig meget tidligt om aftenen, og går derfor tidligt i seng, og vågner og er energisk meget tidligt om morgenen.

Forskerne siger, at deres undersøgelse også kan hjælpe med yderligere undersøgelser af døgnorganisering hos pattedyr, identifikation af forholdet mellem forstyrrelse af døgnrytmen og sygdomsudvikling, og søgningen efter terapeutika, der bruger lysafhængig regulering til behandling af døgn-relaterede sygdomme.

Holdet planlægger dernæst at manipulere cellulære døgn-ure i cellepopulationer og undersøge, hvordan døgn-ure i individuelle celler kommunikerer med hinanden.

Artiklen, "Styring af det cirkadiske ur med høj temporær opløsning gennem fotodosering, " blev offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .