Говорила мама, не сиди в компьютере до трёх часов ночи! И была абсолютно права. С ней согласна биолог и научный журналист Полина Лосева. В своей книге «Против часовой стрелки. Что такое старение и как с ним бороться» она объясняет, как мы стареем и почему так важно соблюдать режим.
<...> Есть и ещё одна нить, которая связывает сигнальный путь TOR с долголетием — биологические ритмы, наш внутриклеточный аналог дня и ночи.
Глубинный механизм роста, тот самый главный рубильник, который включает квазипрограмму старения на клеточном уровне, давно известен: его имя TOR .
Сходство с богом Тором здесь случайно, название белка — это аббревиатура: Target Of Rapamycin, то есть «мишень действия рапамицина» <…>. В клетках млекопитающих TOR входит в состав двух комплексов с другими белками — mTORc1 и mTORc2, — но для простоты мы их будем называть общим именем mTOR.
Оба комплекса напрямую отвечают за рост и развитие клеток: стимулируют работу генов и производство белков, усиливают обмен веществ, заставляют клетку расти и запасать энергию, но в то же время подавляют аутофагию (самопереваривание) и репарацию (ремонт ДНК).
Вопреки распространённым представлениям, суточные ритмы не ограничиваются регуляцией сна и бодрствования, а влияют на большую часть клеточной жизни. В течение дня ритмично колеблется работа примерно половины генов в клетках млекопитающих.
Это помогает клетке адекватно реагировать на изменение внешних условий: днём, например, её подстерегают коварные ультрафиолетовые лучи (особенно если это клетка кожи), значит, время заниматься ремонтом ДНК. А ночью снижается поступление еды — значит, можно приглушить процессы пищеварения.
Координация клеточных часов происходит на двух уровнях: в головном мозге, под действием световых сигналов извне, и в каждой клетке по отдельности. При этом без первого, общеорганизменного, процесса в принципе можно обойтись: биоритмы можно поддерживать и у слепых людей, и у тех, кто оказался в условиях полярного дня или ночи.
Внутриклеточные часы гораздо важнее. Они образованы двумя группами генов: активаторами (CLOCK, BMAL1) и репрессорами (PER, CRY). И те и другие кодируют белки, которые работают факторами транскрипции, то есть влияют на активность других генов.
Внутриклеточный часовой механизм устроен так: днём активны гены CLOCK и BMAL1, соответствующие им белки запускают работу множества «дневных» генов, которые связаны с активным обменом веществ (по крайней мере, у человека, у ночных животных бывает по-другому). Кроме того, они «включают» гены PER и CRY.
Белки PER и CRY постепенно накапливаются в клетке, а когда их становится достаточно много — блокируют работу BMAL1 и CLOCK. Наступает клеточная ночь: перестают работать «дневные» гены, на смену им приходят «ночные». Но белки PER и CRY понемногу разрушаются и количество их падает. Как только их становится достаточно мало, они не могут больше блокировать работу CLOCK и BMAL1 — и в клетке снова включается дневной режим.
Внутриклеточные часы по всему организму нужно время от времени сверять, чтобы они продолжали идти в такт. За это отвечает гормон мелатонин, который производится в головном мозге.
Важную роль играет и ежедневная активность человека. Если в организм поступает пища — значит, настал день. Если сигналы для роста и обмена веществ притихли — время спать.
И здесь, конечно, на сцене снова оказывается TOR: почувствовав присутствие еды, он отдаляет наступление клеточного дня: зачем заканчивать эти сутки, если еды ещё достаточно?
Несложно представить себе, что произойдёт, если клетки в организме перестанут работать синхронно. Допустим, наступила ночь и во всех органах царствует белок PER, а гены CLOCK и BMAL1 молчат. Но вдруг в организм из холодильника поступает бутерброд. Клетки кишечника чувствуют еду, в них просыпается mTOR и замедляет наступление дня. К утру оказывается, что в некоторых клетках давно уже «светло» и им нужна еда, а в других ещё ночь и они не готовы переваривать еду, равно как и выполнять другие физиологические функции, например выделять гормоны.
Возможно, поэтому сбой биоритмов связывают с самыми разными заболеваниями — от ожирения и сердечно-сосудистых болезней до рака. Эти опасности могут подстерегать не только любителей есть по ночам, но также людей, работающих в ночную смену или много путешествующих.
Есть даже подозрение, что из-за электрификации полярных регионов выросла заболеваемость раком у жителей Арктики.
Поэтому неудивительно, что разрушение внутриклеточного ритма существенно сокращает жизнь модельным объектам: черви, лишённые PER (и клеточной ночи вместе с ним), теряют способность сопротивляться стрессу, а мыши с выключенным BMAL1 стареют быстрее своих сородичей.
На людях такие однозначные результаты получить невозможно, однако, вероятно, это повод уделять больше внимания своим биоритмам: не стимулировать клетки лишний раз, не будить TOR и не устраивать клеткам день посреди ночи.
Обложка: Matthew Bennett / Unsplash