Биологические часы против диабета
Как и многое другое в нашем теле, обмен веществ подчиняется биологическим ритмам. Это значит, например, что какие-нибудь клетки, которые синтезируют гормоны для метаболизма, синтезируют их в разное время суток по-разному. В частности, так обстоят дела с инсулином и глюкагоном – главными гормонами углеводного метаболизма, синтезируемыми в поджелудочной железе.
Инсулин, как мы помним, стимулирует клетки поглощать глюкозу из крови. Глюкагон заставляет клетки печени расщеплять гликоген – полисахарид, в виде которого животные клетки хранят запасы углеводов; гликоген расщепляется до глюкозы, которая тут же поступает в кровь. Как мы опять же помним, с инсулином связана такая неприятная болезнь, как диабет: в случае диабета второго типа клетки тела (в первую очередь, клетки печени, мышц и жировой ткани) перестают воспринимать инсулиновые сигналы. Если динамика инсулина зависит от биологических ритмов, то, может быть, диабет может возникнуть в том числе из-за «часовых» аномалий.
Несколько лет назад сотрудники Женевского университета обнаружили, что если у клеток поджелудочной железы вывести из строя их часовой механизм, то нарушится выделение инсулина и глюкагона в кровь, и организм окажется на пороге диабета. Те эксперименты ставили на грызунах, полученные результаты решили проверить на клетках человека, и с ними получилось то же самое: из-за сломанных часов нарушалась секреция гормонов.
В следующих экспериментах было решено взять клетки поджелудочной железы у уже больных диабетом второго типа и сравнить их с клетками здоровых людей. Теперь задача была обратной – убедиться, что при настоящем диабете в клетках железы плохо работают биологические ритмы. Поскольку их механизм – это система генов и белков, за часами можно следить методами молекулярной биологии: например, присоединить к одному из таких белков светящуюся метку и затем наблюдать, как меняется свечение клетки в течение суток. Если часы работают нормально, то колебания в количестве «часовых» молекул будут видны очень хорошо, и колебания эти будут происходить синхронно у всех клеток.
В статье в PNAS говорится, что часы у человеческих диабетических клеток действительно работали плохо: амплитуды колебаний в уровне часовых молекулы были ниже, чем в норме (то есть колебания были более сглажены), и ритмы разных клеток были рассинхронизированы друг с другом. В результате клетки выделяли гормоны каждая сама по себе, без согласования друг с другом; всё происходило точно так же, как у клеток, у которых специально выводили их строя их биологические часы.
По словам авторов работы, клетки поджелудочной железы, утратившие ритм, перестают правильно воспринимать сигналы, связанные с приёмом пищи. В результате уровень инсулина остаётся низким, когда он должен быть высоким, и становится высоким, когда он должен быть низким. Но ситуацию можно исправить с помощью вещества нобилетин, содержащегося в лимонной кожуре.
Нобилетин связывается с одним из белков, которые управляют биологическими часами – и в результате у клеток восстанавливалась амплитуда ритмов и приходила в норму секреция инсулина. При этом должен уменьшиться и риск диабета, однако насколько он уменьшается, будет ясно только после дополнительных исследований – всё-таки пока эксперименты ставили только с клетками, пусть и человеческими.