Cercetarea genetică a UMass Amherst oferă un nou model pentru studierea bolilor legate de tulburările de ritm circadian

Cercetarea genetică a UMass Amherst oferă un nou model pentru studierea bolilor legate de tulburările de ritm circadian

Cercetarea de la Universitatea din Massachusetts Amherst asupra mutațiilor genetice care afectează ritmurile circadiene oferă noi perspective asupra ciclului odihnă-veghe și oferă un nou model pentru studierea bolilor umane și, în cele din urmă, dezvoltarea de tratamente medicale.

Tulburările în ceasul intern al organismului - care coordonează sincronizarea proceselor biochimice, fiziologice și comportamentale - au fost legate de o serie de boli, inclusiv cancerul, bolile cardiovasculare și susceptibilitatea la infecții, precum și un risc crescut de accidente. Tulburările comune ale ritmului circadian includ jet lag și munca în schimburi, care afectează aproximativ 30 de milioane de oameni din Statele Unite.

Studiem două mutații care ne afectează ambele capacitatea de a răspunde la schimbările ciclului luminii. Ambele accelerează ceasul. Ele arată cât de vulnerabili suntem la întreruperi în programul lumină-întuneric.”

Eric Bittman, neurobiolog, profesor emerit de biologie

La mamifere, ritmurile circadiene sunt generate intern de un stimulator cardiac principal în nucleul suprachiasmatic al hipotalamusului din creier. În plus, fiecare celulă a corpului are propriul ceas circadian, pe care stimulatorul cardiac principal îl coordonează. În mediu normal de lumină: întuneric și fluctuant, ceasurile circadiene produc cicluri de 24 de ore. Cu toate acestea, în condiții constante, cum ar fi atunci când se examinează hamsterii în întuneric, ritmurile produc cicluri a căror perioadă este mai lungă sau mai scurtă de 24 de ore.

„Ceea ce ne dezvăluie acest lucru este că există un mecanism intern care creează ritmicitate și că animalele folosesc indicii din mediu, dintre care cel mai puternic este ciclul lumină-întuneric, pentru a-l sincroniza la exact 24 de ore”. spune Bittmann.

În cercetările anterioare, Bittman și echipa sa au identificat o mutație recesivă pe care o numesc Duper ca un defect al genei regulatoare circadiane Cryptochrome 1 (CRY1) a hamsterilor sirieni. Prin îmbunătățirea genomului de hamster prin maparea rapidă a homozigozității, ei au creat un model modern de cercetare genetică pentru studierea bolilor umane.

Într-o lucrare ulterioară publicată recent în Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), echipa de cercetare se concentrează asupra efectelor duper la hamsterii modificați genetic. Oamenii de știință identifică funcții neașteptate anterior ale CRY1 în antrenarea circadiană, adică sincronizarea ceasului biologic cu semnale externe și în bolile de inimă.

„Duper accelerează ceasul în condiții constante, permițându-i să se deplaseze până la 180 de grade chiar și cu un puls scurt de lumină”, explică Bittman. „Bănuim că acest lucru poate fi relevant pentru înțelegerea efectelor jet lag-ului și a muncii în schimburi.”

Carte electronică Genetică și Genomică

Compilare a celor mai bune interviuri, articole și știri din ultimul an. Descărcați o copie astăzi

Organele corpului își resetează ceasurile în ritmuri diferite în urma unei perturbări circadiane. Se crede că această nealiniere a timpului provoacă efecte adverse asupra sănătății asociate cu munca în schimburi. „Aproape toate procesele noastre fiziologice sunt ritmice”, spune Bittman.

Cercetătorii au descoperit că reantrenarea circadiană este accelerată la hamsterii mutanți duper, indiferent de accelerația ceasului. Pentru a afla mai multe despre consecințele asupra sănătății ale nealinierii circadiane, cercetătorii au examinat efectele duper și ale schimbărilor de fază asupra unui model de hamster de boli de inimă, despre care se știe că este exacerbată de schimbările de fază.

Decalajul jet simulat sub formă de schimbări de fază de opt ore la două săptămâni a scurtat durata de viață a hamsterilor cardiomiopati. Cu toate acestea, durata de viață scurtată a fost inversată la hamsterii Duper, deoarece mutația a accelerat adaptarea acestora la schimbarea ciclurilor lumină-întuneric. Bittman spune că descoperirile au implicații pentru identificarea căilor implicate în ceasurile biologice umane.

„Pentru persoanele cu jet lag sau pentru milioanele de lucrători în schimburi, poate dura zile și uneori săptămâni până când organismul – diferitele organe – să revină la relația lor temporală normală”, spune el. Mulți dintre noi ne perturbă sistemele circadiene atunci când suntem expuși la lumină noaptea târziu, cum ar fi să ne uităm la telefoanele mobile și la ecranele computerelor. „Poate dura câteva săptămâni pentru ca creierul tău să aibă relația corectă cu ficatul și rinichii”, adaugă Bittman.

Cercetările sugerează că toți trebuie să acordăm atenție modului în care mediul influențează ceasurile noastre biologice. Spitalele trebuie să acorde o atenție deosebită momentului de lumină și întuneric în camerele pacienților. „Trebuie să acordăm atenție relației temporale dintre organe și dintre ceasul principal și creier și modul în care acesta reglează ceasul din creier, precum și organele periferice și să fim sensibili la mediul lumină-întuneric.” spune Bittmann.

În plus, înțelegerea ritmurilor organelor este un aspect crucial în momentul tratamentului medical. „O mulțime de medicamente care sunt administrate sunt mai eficiente la un moment al zilei decât altul, deoarece ceasul circadian reglează toate aceste căi metabolice pe care acele medicamente le vizează de fapt”, spune Bittman.

Cercetările în curs se vor concentra pe identificarea mecanismelor de bază ale ceasurilor biologice și a rolului lor în boli.

Sursă:

Universitatea din Massachusetts, Amherst

Referinţă:

Sisson, C., şi colab. (2022) Mutația Duper dezvăluie funcții neașteptate anterior ale criptocromului 1 în antrenamentul circadian și bolile de inimă. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2121883119.

.