Ген CLOCK | Білок CLOCK

Ген CLOCK (англ. circadian locomotor output cycles kaput) — один із ключових компонентів молекулярного механізму циркадного (добового) ритму у тварин. Він кодує білок-транскрипційний фактор, який має домен basic helix‑loop‑helix–PAS і відіграє центральну роль у регуляції внутрішнього біологічного годинника та підтримці стабільності й тривалості циркадного циклу

Відкриття

Ген CLOCK був вперше виявлений у 1997 році дослідником Джозефом Такахаші та його колегами шляхом екранування мишей після мутагенезу. У тварин були знайдені мутації, які збільшували період добових активностей мишей

Функції та механізм дії

CLOCK є основним транскрипційним активатором у циркадному циклі. Білок CLOCK утворює гетеродимер з BMAL1 (або CYCLE у плодової мушки Drosophila), зв’язується з E‑Box елементами у промоторних ділянках генів Per і Cry, активуючи їхню транскрипцію. Надалі продукти Per і Cry формують комплекс, що потрапляє назад у ядро та пригнічує активність CLOCK:BMAL1, утворюючи транскрипційно‑трансляційну зворотну петлю — основну молекулярну основу циркадного ритму

У Drosophila білки CLK і CYC (аналог BMAL1) спочатку синтезуються у цитоплазмі, потім мігрують у ядро і там виконують функцію трансактиваторів

Участь у системних циклах і здоров’ї

Циркадні гени, включаючи CLOCK, координують не лише поведінку (сон/активність), а й метаболічні процеси, секрецію гормонів (наприклад, кортизолу), імунну активність, функцію периферійних органів та серцево‑судинний ритм. Проривні дослідження показують, що дисбаланс між центральними (наприклад, у супрахіазматичних ядрах) і периферійними годинниковими системами може сприяти розвитку серцево‑судинних захворювань, метаболічних синдромів, раку та інших патологій

Молекулярні взаємодії

У ході циркадного циклу CLOCK:BMAL1 активує не тільки Per і Cry, але й інші clock‑controlled genes (CCG). У регуляційну систему також інтегровані рецептори ROR і REV-ERB, які контролюють експресію BMAL1, створюючи додаткові петлі зворотного зв’язку Також виявлено, що структура хроматину (promoter–enhancer looping) має важливе значення для ритмічної експресії генів).

Ген CLOCK — ключовий елемент внутрішнього біологічного годинника, що регулює циркадні ритми на молекулярному, клітинному й організмовому рівнях. Його відкриття стало одним із наріжних каменів розуміння добових біоритмічних процесів. Складні механізми зворотних петлей, промоторної регуляції, сигналів від центрального до периферійних годинників роблять цю систему неймовірно точною й життєво важливою. Крім того, дисфункція циркадних механізмів, у яких бере участь CLOCK, асоціюється з низкою захворювань — від розладів сну до серцево‑судинних, метаболічних хвороб та онкології.