address2arrow-email-sendarrow-rightbtn-right-arrowbubbleclosecomment-arrow-answerenvelopeeyefriendshamburgerheartHeart copy 26heart-emptyhomehumanlikelk-bubblelk-eyeHeart copy 26lk-pencilloginnav-editnav-eyenav-newsnav-starnav-userloginnext-arrow-rightpagination-lastpagination-nextShape 19 copysearchstarstar-fulluserBriefcaseCard
31 Октября, 2018

Экспрессию циркадных генов удобно определять в коже человека

Циркадную фазу человека можно примерно оценить по экспрессии определенных генов в коже.

Credit: Nataliia Zhekova | Dreamstime.com

Credit: Nataliia Zhekova | Dreamstime.com

Подготовила Елена Клещенко

Поскольку физиологический и биохимический статус организма человека изменяется в течение суток в соответствии с циркадным (околосуточным) циклом, выбирать идеальное время для приема того или иного препарата или хирургического вмешательства желательно с учетом циркадной фазы. Золотой стандарт для ее определения — измерение концентрации мелатонина в слюне или плазме крови в часы, предшествующие сну, при тусклом свете (dim-light melatonin onset, DLMO), однако это метод неудобный, дорогостоящий, и он трудно поддается стандартизации. Исследователи стремятся разработать другие методы, основанные на экспрессии генов (об одной такой работе см. новость на PCR.ru).

Сотрудники Медицинского центра детской больницы в Цинциннати (Огайо, США) и компании Procter and Gamble идентифицировали маркеры экспрессии генов, соответствующие циркадной фазе, не в плазме крови, а в коже. То, что экспрессия генов в клетках кожи подчиняется циркадному ритму, было известно давно: это важно для защиты от ультрафиолетового излучения. Нарушения этих ритмов ассоциированы с псориазом и раком кожи. «Мы показали, что “часы” в человеческом эпидермисе более мощные, чем в крови, и разработали панель биомаркеров, которые позволяют фазировать индивида с точностью до трех часов по единственному образцу», — пишут авторы статьи в PNAS USA.

Исследователи брали образцы эпидермиса с предплечья у 20 человек (один позднее был исключен из исследования) каждые шесть часов в течение суток. Они обнаружили более ста генов, экспрессия которых закономерно изменялась; ритмы демонстрировали бимодальное распределение, с пиками утром и вечером. Эти результаты сравнили с литературными данными по экспрессии генов в коже мыши в фазах телогена и анагена (роста волосков и покоя) и выявили соответственно 1280 и 294 циркадных генов, с аналогичными бимодальными распределениями. Гены ARNTL, NPAS2, NR1D2, HLF и PER2 демонстрировали сходные шаблоны экспрессии во всех трех наборах данных; можно было предположить, что эти гены эволюционно консервативны.

Чтобы оценить вклад индивидуальных вариаций, авторы взяли образцы у 219 человек в разное время суток и сравнили экспрессию генов с результатами, полученными на меньшей выборке. Исследуя парные корреляции экспрессии генов, они отметили, что и в маленькой, и в большой выборках уровни экспрессии ARNTL, NPAS2 и CLOCK, положительно коррелировали друг с другом и отрицательно — с генами DBP, NR1D1 и PER3, что отражает функциональную связь их продуктов.

С помощью ранее созданного алгоритма CYCLOPS (cyclic ordering by periodic structure) авторы реконструировали циркадный транскриптом человеческой кожи. Исследование двух наборов образцов выявило 188 генов, которые ритмично экспрессируются в коже человека, и позволило реконструировать временный порядок взятия образцов.

Авторы работы впервые протестировали экспрессию 10 основных циркадных генов в коже и крови человека и разных тканях у мышей, и обнаружили, что самая сильная коэкспрессия этих генов на уровне популяции наблюдается в образцах эпидермиса.

Чтобы выбрать наилучшие биомаркеры, использовали еще один алгоритм, ZeitZeiger, обучив его на ранее полученных образцах, и обнаружили 29 кандидатных биомаркеров. Их испытали на выборке из еще девяти человек, у которых брали образцы кожи в разное время дня. Средняя прогнозируемая фаза отличалась от фактического времени взятия пробы не более чем на три часа.

Авторы отмечают, однако, что для различных областей циркадной медицины могут понадобиться и другие источники биомаркеров; чтобы сравнить возможности циркадных транскриптомов крови и кожи, нужны дополнительные исследования.

Источник

Gang Wu et al. // Population-level rhythms in human skin with implications for circadian medicine // PNAS published ahead of print October 30, 2018 DOI: 10.1073/pnas.1809442115

Статья на BioRxiv.org

79
0
Лидеры мнений
Лидеры отрасли
  • FUTURE
    13
САМЫЕ ОБСУЖДАЕМЫЕ ТЕМЫ ФОРУМА
Поиск материалов по тегам