Внутри клеток всех организмов, от одноклеточных бактерий до человека, "тикают" крохотные биохимические часы, задающие суточные ритмы жизнедеятельности. Благодаря этим часам растения знают, когда поворачивать свои листья под солнцем, мушки-дрозо филы - когда вылупляться из личинок, люди - когда ложиться спать. Однако остается загадкой, какой молекулярный механизм обеспечивает ход этих часов. Недавно группа ученых из Университета Рок феллера, Гарвардской медицинской школы и Медицинского центра Университета штата Пенсильвания клонировала ген, названный timeless (tim), который кодирует ключевой белковый компонент "часов" у дрозофилы. С открытием гена tim ученые получили возможность изучить, как взаимодействуют между собой открытые ранее "часовые" гены per (period) и frq (freguency). Можно полагать, что белки per и tim действуют совместно и создают колебательный цикл активности в их собственных генах и, возможно, в других, что в свою очередь создает суточные ритмы физиологии и активности мушки. Первой ча стью биологических часов дрозофилы был ген per, открытый в начале 70-х годов д-ром Konopka из Технологического института Калифорнии. Затем было обнаружено, что активность гена per циклически изменяется с периодичностью 24 ч. Дальнейшие исследования подтвердили центральную роль гена per в биологических часах. Мутации в нем изменяют циркадианные ритмы дрозофилы, аннулируя, удлиняя или укорачивая их. Ясно, что цикличность активности гена per является главным фактором работы "часового механизма" дрозофилы, но остается загадкой, как создается эта цикличность. Было показано, что она контролируется этим геном. По мере повышения уровня матричной ДНК (мДНК) гена per клетки производят больше белка per, который затем поступает в ядро и блокирует свой собственный ген. Это приводит к снижению уровня мДНК, белка и к прекращению блокировки гена, в результате чего он активируется вновь. Но для поддержания цикличности с белком per должно взаимодействовать что-то еще. В результате удалось показать, что мутации ге на tim аннулируют цикличность мДНК гена per и прекращают аккумулирование белка per в клетках и его проникновение в ядро. Возникло предположение, что белок tim контролирует локализацию белка per в клетке.
Возникает вопрос, каким образом tim и per способствуют ходу циркадианных часов. Поскольку ДНК per и ДНК tim циклически изменяются с одинаковой периодичностью, ученые нашли, что мутации гена per нарушают цикличность мДНК гена tim. Была высказана мысль, что белки per и tim действуют совместно для снижения активности их собственных генов. Для регулирования генов per, очевидно, должен вначале аккумулироваться в цитоплазме, пока что-либо не побудит его двигаться в сторону ядра. Именно этот процесс блокируется в мутантах, вследствие чего отсутствует tim. Эта находка, а также тот факт, что оба белка связаны друг с другом, привели к возникновению предположения о том, что связь двух белков Друг с другом может играть определенную роль в создании самого циркадианного цикла. Эта идея нашла подтверждение в ходе дальнейших исследований. Исследователи предложили модель, в которой per, когда он впервые образуется в цитоплазме, является относительно нестабильным. В результате молекулы белка аккумулируются медленно и лишь впоследствии начинают проникать в белки tim, образующиеся в это же время. В соответствии с этой моделью два белка затем связываются друг с другом, образуя устойчивые димеры, входящие в ядро. Они подавляют прямым или косвенным образом экспрессию соб ственных генов и могут влиять на другие гены. Исследователи биологических часов находят эту модель привлекательной, поскольку она может объяснить, каким образом обратная связь белка со своим собственным геном может создавать "колебательные часы". Однако загадка циркадианных ритмов остается во многом неразгаданной. Одно из основных затруднений заключается в том, чтобы выяснить, каким образом осуществляется обратная связь per и tim с их собственными ге нами. Предполагают наличие промежуточных звеньев взаимодействия per, tim и ДНК ядра, вследствие чего снижается активность генов. Белки per, tim и их неизвестные партнеры в ядре, вероятно, регулируют другие неизвестные гены, выяснение функции которых может дать ответ на следующие вопросы, связанные с механизмом действия биологических часов.