В статье под названием «Фазовая синхронизация и множественные осциллирующие аттракторы для связанных часов и клеточного цикла млекопитающих», только что опубликованной в PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), исследователи использовали идею синхронизации часов, впервые продемонстрированную в 18 веке, когда голландцы ученый Кристиан Гюйгенс наблюдал синхронизацию двух маятниковых часов. Исследовательская группа из Университета Уорика хотела установить, были ли часы в клетке млекопитающего («часы» на основе генов, регулирующие цикл деления клеток, и отдельные часы на основе генов в той же клетке, которые регулируются циркадными ритмами организма). или могут быть синхронизированы таким же образом.Предыдущие исследователи не смогли измерить часовой механизм, лежащий в основе нормальных циркадных ритмов в отдельных клетках. Исследовательская группа Warwick решила это, используя мультиспектральную визуализацию отдельных живых клеток, вычислительные методы и математическое моделирование для отслеживания циклов двух часов, и смогла наблюдать (путем создания копий ключевых генов, которые флуоресцируют), что они действительно синхронизированы друг с другом.
Пытаясь понять, почему эта синхронизация не наблюдалась до того, как они обнаружили, что протокол, используемый исследователями циркадного ритма для сброса часов в клетках, чтобы их часы двигались синхронно друг с другом, нарушил синхронизацию 1: 1 между часами и подтолкнул их. в новый паттерн, в котором каждые два периода времени происходило 3 деления клеток. Эта способность часов и клеточного цикла иметь несколько паттернов колебательного поведения — удивительное открытие, которое ранее не наблюдалось ни в одной клеточной системе.
Эти новые результаты могут дать важный ключ к пониманию того, почему люди с устойчивыми нарушенными циркадными ритмами, например, работающие посменно, могут быть более восприимчивыми к раку. Если циркадные ритмы человека нарушены, это нарушение также напрямую повлияет на время деления клеток, что приведет к более быстрой пролиферации. Как сказал профессор Дэвид Рэнд, директор Центра системной биологии Университета Уорика, возглавлявший исследовательскую группу Уорика:«Надежная синхронизация фаз между часами млекопитающих и клеточным циклом имеет первостепенное значение для рака, потому что часы часто нарушаются или отключаются в раковых клетках, обеспечивая более быстрое деление клеток и дезорганизацию важнейших противораковых клеточных процессов, время которых регулируется циркадные часы внутри каждой клетки ".Это исследование не только дает важный ключ к разгадке причины рака, но и лежит в основе метода выбора оптимального времени дня для проведения химиотерапии.
Большинство химиотерапевтических препаратов нацелены и атакуют клетки в определенной фазе цикла клеточного деления. В здоровых клетках, где часы и клеточный цикл синхронизированы, это будет определенное время дня, в то время как в несинхронизированных раковых клетках деление клеток будет происходить круглосуточно.
Таким образом, можно рассчитать время терапии, чтобы избежать поражения чувствительных здоровых клеток, при этом поражая все количество восприимчивых раковых клеток.