Генетический механизм: как работают наши внутренние часы

В течение всего дня мы прислушиваемся к «тиканью» часов внутри нашего тела. Именно оно пробуждает нас по утрам и заставляет чувствовать сонливость ночью. Именно оно поднимает и опускает температуру нашего тела в нужный момент, регулирует выработку инсулина и других гормонов.

Эти ритмы влияют даже на наши мысли и чувства. Психологи изучают их воздействие на мозг человека, заставляя волонтёров проходить когнитивные тесты в разное время дня.

Выяснилось, что утро — это лучшее время для того, чтобы выполнять задачи, требующие от мозга многозадачности. Если вам необходимо удерживать сразу несколько пластов информации в голове и обрабатывать эти данные оперативно, стоит приступать к работе в начале дня. А вот вторая половина суток хорошо подходит для обработки простых и понятных заданий.

Циркадные ритмы имеют огромное влияние и на тех, кто страдает от депрессии или биполярного расстройства. Люди с такими проблемами плохо спят и чувствуют желание выпить на протяжении дня. Некоторые пациенты со слабоумием ощущают особый «эффект заката»: в конце дня становятся агрессивными или теряются в пространстве и времени.

— Сон и циклы активности являются важнейшей частью психических заболеваний, — рассказывает Худа Акил (Huda Akil), нейробиолог из Мичиганского университета. Поэтому неврологи изо всех сил стараются понять, как работают наши внутренние часы и какое влияние они оказывают на наш мозг. Но исследователи не могут просто открыть черепную коробку и круглосуточно наблюдать за работой клеток.

Несколько лет назад Калифорнийский университет пожертвовал для исследований мозги, которые бережно хранились после смерти доноров. Некоторые из них умерли ранним утром, другие — во второй половине дня или ночью. Доктор Акил и её коллеги решили изучить, отличается ли один мозг от другого и зависит ли разница от того, в какой момент умер донор.

— Может, наша догадка покажется вам простой, но почему-то никто не думал об этом раньше, — говорит доктор Акил.

Она и её коллеги выбрали экземпляры мозга, полученные от 55 здоровых людей, причиной смерти которых стало внезапное происшествие, например автомобильная авария. Из каждого мозга исследователи взяли образцы ткани тех долей, которые отвечают за обучение, память и эмоции.

В момент смерти доноров гены, находящиеся в клетках мозга, активно кодировали белок. Благодаря тому, что мозг был быстро сохранён, учёные имеют возможность оценить активность генов в минуту смерти.

Большинство генов, проверенных исследователями, не показали никакой закономерности в работе на протяжении дня. Однако более 1 000 генов демонстрируют суточный цикл активности. Мозг же тех людей, которые погибли в одно и то же время дня, показал одинаковую работу генов.

Тогда исследователи проверили мозги тех доноров, которые страдали от клинической депрессии. Здесь временная метка была не просто сбита: казалось, что эти пациенты жили то ли в Германии, то ли в Японии, но никак не в США.

Результаты проделанной работы были опубликованы в 2013 году. Исследователи из Питтсбургского университета вдохновились ими и постарались воспроизвести эксперимент.

«Мы не могли раньше и подумать о подобном исследовании», — рассказывает невролог Колин Мак-Кланг (Colleen McClung). Доктор Мак-Кланг и её коллеги смогли проверить 146 экземпляров мозга, полученных благодаря донорской программе университета. Результаты эксперимента были опубликованы совсем недавно.

Но команде доктора Мак-Кланг удалось не только повторить результаты предыдущего эксперимента, но и получить новые данные. Они сравнили образцы активности генов в мозге молодых и старых людей и нашли интригующее различие.

Учёные надеялись найти ответ на вопрос: почему циркадные ритмы людей меняются по мере старения? Ведь, когда люди становятся старше, активность снижается, а ритмы меняются. Доктор Мак-Кланг обнаружила, что некоторые из генов, которые были наиболее активными в ежедневных циклах, к 60 годам переставали использоваться.

Также исследователи с удивлением обнаружили, что некоторые гены включались в активную повседневную работу только в старости. «Похоже, что мозг пытается компенсировать отключение одних генов работой других, активируя «дополнительные часы», — говорит доктор Мак-Кланг. Возможно, способность мозга создавать резервные циркадные ритмы — это способ защиты от нейродегенеративных заболеваний.

Переключение на запасные внутренние часы может использоваться врачами для лечения расстройств, связанных с циркадными ритмами. Сейчас исследователи проводят эксперименты с генами животных и пытаются понять, как именно активизируются и отключаются гены внутренних часов.

Иными словами, учёные прислушиваются к «тиканью» и хотят понять: что же нам пытается сказать мозг?