Паттерны сна и бодрствования человека регулируются внутренними циркадными «часами», тесно связанными с суточным циклом смены дня и ночи. Циркадные часы контролируют также и другие функции организма, такие как обмен веществ и терморегуляция.
В исследованиях, проведенных на животных, показано, что при нарушениях указанного ритма в организме возникают определенные проблемы, включающие ожирение и метаболические расстройства, в том числе сахарный диабет. Изучение состояния здоровья лиц, работающих в сменном графике с ночными сменами, также выявило повышенную предрасположенность к развитию сахарного диабета.
В новом исследовании учеными из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology), США, установлена ключевая роль гена SIRT1, известного ранее как антивозрастного гена-протектора, в контролировании циркадных ритмов организма. В эксперименте на лабораторных животных установлено, что у мышей в процессе старения нарушаются циркадные ритмы, в то время как индуцированное усиление экспрессии гена SIRT1 в тканях мозга мышей предупреждает возникновение данных нарушений. Соответственно, снижение активности гена SIRT1 у молодых мышей вызывает нарушения циркадных ритмов, имитируя у них тем самым процессы нормального старения у взрослых мышей.
Снижение уровня SIRT1-белка в процессе старения у мышей позволило ученым предположить, что препараты, стимулирующие активность гена SIRT1 в организме человека, могли бы способствовать комплексному улучшению состояния здоровья. По мнению ученых, поддержание активности гена SIRT1 на максимально возможном уровне могло бы затормозить процесс старения организма на уровне «центральных часов» в головном мозгу и предотвратить развитие целого ряда возрастных заболеваний.
Соблюдение ритма
У людей и животных циркадные ритмы четко соответствуют 24-часовому циклу, который контролируется центром циркадного контроля, расположенным в гипоталамусе — супрахиазмальным ядром (suprachiasmatic nucleus).
Практически все физиологические процессы в организме согласованы с циркадным ритмом. Учеными установлена определяющая роль соблюдения циркадных ритмов в поддержании нормальных функций организма, а также система «наказания» за нарушение этих ритмов — развитие ряда заболеваний и, возможно, ускорение процессов старения.
В предыдущем исследовании учеными установлено, что жесткое соблюдение циркадных ритмов у мышей коррелирует с большей продолжительностью жизни животных. Это послужило основанием для изучения возможной роли гена SIRT1, контролирующего продолжительность жизни у многих животных, в регуляции циркадных ритмов.
Ген SIRT1, связь которого с процессами старения установлена более 15 лет назад, является основным регулятором клеточного ответа на стресс и координатором целого комплекса гормональных, белковых и генных взаимодействий, необходимых для поддержания клеток в здоровом и жизнеспособном состоянии.
Для изучения роли гена SIRT1 в регуляции циркадных ритмов использованы методы генной инженерии, в результате которых достигнута различная степень экспрессии гена SIRT1 в головном мозгу лабораторных животных. Выявлено, что у мышей с низким уровнем продукции SIRT1 циркадный цикл носит более пролонгированный характер (23,9 ч) по сравнению с нормальными мышами (23,6 ч). У мышей с 10-кратным повышением экспрессии SIRT1 выявлен укороченный циркадный цикл (23,1 ч).
У мышей с нормальным уровнем продукции SIRT1 подтверждены данные предыдущих исследований, в которых при прерывании 12-часового цикла ночь/день молодые мыши адаптировали свои циркадные циклы значительно легче старших особей.
Установлено, что регуляция этих функций геном SIRT1 осуществляется опосредованно через регуляцию активности генов BMAL и CLOCK — двух основных центральных регуляторов циркадных «часов» организма.
Стимуляция циркадных функций
Растущий объем полученных данных позволяет допустить, что способность организма реагировать на различной выраженности нарушения цикла день/ночь является определяющей для поддержания метаболических функций на нормальном уровне.
Во многих исследованиях подтверждена более высокая способность молодых особей к адаптации в связи с изменениями дневной фазы циркадного цикла по сравнению со старшими особями. Подобные особенности могут быть характерны и для людей.
Таким образом, лечение или предупреждение заболеваний, связанных с возрастными изменениями, теоретически может осуществляться путем непосредственной доставки препарата-активатора SIRT1 в головной мозг.
В настоящее время проводится исследование эффектов применения некоторых активаторов SIRT1 при сахарном диабете, воспалительных процессах и других заболеваниях, однако данные препараты в настоящий момент не способны проникать через гематоэнцефалический барьер и достигать области супрахиазмального ядра гипоталамуса. Однако исследования по фармакологической модуляции активности гена продолжаются.
По мнению ученых, исследование открывает потенциальные возможности торможения или обратного развития возрастных изменений в ткани мозга посредством «омоложения» центральных циркадных часов путем активации SIRT1.
Также в фокусе исследований ученых в настоящий момент — изучение взаимосвязи циркадных функций, состояния здоровья и диеты.
Chang H-C., Guarente L. (2013) SIRT1 mediates сentral сircadian сontrol in the SCN by a mechanism that decays with aging. Cell, 153(7): 1448.
Massachusetts Institute of Technology (2013) The link between circadian rhythms and aging: Gene associated with longevity also regulates the body’s circadian clock. ScienceDaily, June 21 (www.sciencedaily.com/releases/2013/06/130620132320.htm).
Ольга Федорова
