Što su temperature više, fiziološki procesi su brži. Ali postoji izuzetak: takozvani cirkadijalni sat, koji reguliše ciklus spavanja i buđenja u organizmima. Fascinantno pitanje za naučnike je zašto unutrašnji sat radi na gotovo nepromenljiv način uprkos fluktuacijama temperatura. Ovo je fenomen poznat kao kompenzacija temperature. Studije pokazuju da različiti molekularni mehanizmi doprinose tome.
Tim biologa na čelu sa prof. Ralfom Stanevskim sa Univerziteta u Minsteru (Nemačka) i u saradnji sa timovima sa Univerziteta Dalhousie u Kanadi i Univerziteta u Majncu u Nemačkoj, sada je pronašao važan deo slagalice koji daje odgovor na ovo pitanje. Rezultati njihovog rada objavljeni su u časopisu Current Biologi .
Tim je otkrio tačkastu mutaciju u voćnoj mušici Drosophila melanogaster koja dovodi do produžavanja cirkadijalnih perioda u zavisnosti od temperature. Nalazi se u centralnom „genu sata“ poznatom kao „perioda“ (per). Muve koje imaju ovu mutaciju perI530A pokazuju normalan ritam spavanja i buđenja od 24 sata na 18 stepeni Celzijusa. Nasuprot tome, na 29 stepeni Celzijusa unutrašnji sat radi oko pet sati sporije, odnosno traje 29 sati. Ovo produženje perioda takođe utiče na ekspresiju, drugim rečima na aktivnost, gena za period u neuronima sata mozga.
Normalno, dotični protein (PERIOD) se postepeno hemijski menja u toku 24 sata – tačnije, fosforiliše se. Posle maksimalne fosforilacije se razgrađuje. I ovde je ovaj proces normalno isti na temperaturama između 18 i 29 stepeni Celzijusa, na kojima su vinske mušice aktivne. Kao što su istraživači pokazali, fosforilacija se javlja na normalan način u mutantu perI530A na 18 stepeni Celzijusa, ali se smanjuje kako temperatura raste. Ovo dovodi do stabilizacije proteina „PERIOD“ na toplijim temperaturama.
Mutacija koju je proučavao tim utiče na takozvani nuklearni izvozni signal (NES), koji se takođe javlja u ovom obliku u periodnim genima sisara i igra ulogu u transportu PERIOD proteina iz jezgra ćelije. Nikakva biološka funkcija ovog izvoza iz jezgra ćelije ranije nije bila poznata. Sadašnja studija pokazuje da mutacija dovodi do produženog zadržavanja PERIOD proteina u ćelijskom jezgru neurona centralnog sata—i opet, samo na višim temperaturama. „Stoga pretpostavljamo“, kaže Ralf Stanevski, „da izvoz proteina iz ćelijskog jezgra igra važnu ulogu u kompenzaciji temperature — barem što se voćne mušice tiče“.
U svojim istraživanjima naučnici su koristili mutante voćne mušice sa modifikacijom gena perioda (perI530A) koji su proizveli savremenim metodama molekularne genetike (CRISPR/Cas9 mutageneza i homologna rekombinacija). Ove životinje su zatim testirane da bi se videlo da li se njihov ciklus spavanja i buđenja — i, kao rezultat toga, njihova aktivnost trčanja — razlikuju u zavisnosti od temperature okoline.
Koristeći različite metode, istraživači su vizuelizovali gene sata i njihovu aktivnost u neuronima mozga. Jedna od stvari koje su koristili bila je nova metoda pod nazivom Lokalno aktivabilna bioluminiscencija (LABL) koju je tim iz Minstera razvio u saradnji sa istraživačima u Kanadi. Ovaj metod koji uključuje bioluminiscenciju omogućava merenje, kod živih muva, ritmičke ekspresije gena u neuronima sata—koji čine samo delić svih neurona mozga.
