Forskare vid Japans Institute of Transformative Bio-Molecules (ITbM) vid Nagoya University, Nederländernas universitet i Groningen, och kollegor har hittat ett nytt sätt att reglera cellers biologiska klockor. Ytterligare studier om deras tillvägagångssätt, publiceras i Journal of the American Chemical Society , kan leda till behandlingar för en mängd olika tillstånd, inklusive sömnstörningar.

"Vi tillhandahåller ett nytt tillvägagångssätt för att exakt kontrollera funktionen hos dygnsklockan med hjälp av ljus, " förklarar ITbM-biokemisten Tsuyoshi Hirota, som ledde forskningen tillsammans med kemisten Ben Feringa vid universitetet i Groningen. "Dygnsklockan styr de dagliga rytmerna i vår fysiologi. Dess dysfunktion är relaterad till många sjukdomar, som sömnstörningar, metabola sjukdomar och cancer. Ett nytt sätt att kontrollera dygnsklockan kan avslöja molekylära klockmekanismer och utgöra grunden för terapi för dygnsklockan-relaterade sjukdomar."

Forskarnas tillvägagångssätt involverade att kontrollera en molekyl som kallas longdaysin, som de fann reglerar cellulära dygnsklockor. Longdaysin binder till ett enzym som kallas CKI, hämmar dess aktivitet och förlänger tiden för den biologiska klockan att gå igenom en sömn-vaken-cykel.

För att kontrollera denna process, teamet inkorporerade en kemisk "bur" i longdaysin som reagerar på ljus, kallas en fotoremovable protecting group (PPG). Under mörka förhållanden, PPG förhindrade longdaysin från att binda till CKI. När föreningen exponerades för UV eller lila ljus, PPG släppte longdaysin, gör det möjligt för den att binda till och hämma CKI. Processen var framgångsrik i mänskliga celler, musvävnad, och i zebrafisklarver.

Denna nivå av kontroll av longdaysin-aktivitet med ljus kan leda till utvecklingen av terapier för att justera klockperioden för personer med ett tillstånd som kallas familjär avancerad sömnfas. Genetiska mutationer relaterade till CKI leder till tillståndet, får en person att bli onormalt sömnig mycket tidigt på kvällen, och går och lägger sig tidigt, och vaknar och är pigg väldigt tidigt på morgonen.

Forskarna säger att deras studie också kan hjälpa ytterligare undersökningar av dygnsorganisation hos däggdjur, identifiera sambandet mellan störning av dygnsklockan och sjukdomsutveckling, och sökandet efter terapeutika som använder ljusberoende reglering för att behandla dygnsklockarelaterade sjukdomar.

Teamet planerar sedan att manipulera cellulära dygnsklockor inom cellpopulationer och undersöka hur dygnsklockor i enskilda celler kommunicerar med varandra.

Artikeln, "Styra dygnsklockan med hög temporär upplösning genom fotodosering, " publicerades i Journal of the American Chemical Society .