يراجع الخبراء كيفية عمل الدورات البيولوجية التي تستغرق 12 ساعة في الفئران مع الأدلة لدى البشر

يراجع الخبراء كيفية عمل الدورات البيولوجية التي تستغرق 12 ساعة في الفئران مع الأدلة لدى البشر

هل يمكن لساعة الجسم المخفية التي تبلغ 12 ساعة أن تحمل سر الصحة الأيضية والمرض؟ يربط بحث جديد إيقاعاتنا الداخلية بالمد والجزر في المحيطات القديمة.

نشرت في مراجعة حديثة في المجلةNPJ التوقيت البيولوجي والنومقام الباحثون باتريك إيمري وفريديريك جاشون بفحص الآليات والأهمية الفسيولوجية والأصول التطورية المحتملة للإيقاعات البيولوجية لمدة 12 ساعة في الثدييات، بما في ذلك البشر، وحددوا ما إذا كانت هذه الإيقاعات تمثل نظام توقيت فريدًا أو مشتقة من الساعات البيولوجية أو الساعات الدائرية.

خلفية

لماذا تنشط العديد من الجينات البشرية مرتين في اليوم بدلاً من مرة واحدة؟ يعكس هذا النمط الرائع إيقاعات بيولوجية مدتها 12 ساعة تسمى أيضًا الدورات الفائقة أو الدائرية. وهذه الإيقاعات معروفة جيدًا في الحيوانات البحرية التي تستجيب لدورات المد والجزر. ومع ذلك، فقد لوحظت أنماط مماثلة لمدة 12 ساعة في الدراسات الحديثة التي أجريت على الحيوانات الأرضية مثل الفئران والبشر. ويشير بعض العلماء إلى أن هذه الإيقاعات تطورت من ساعات المد والجزر القديمة، بينما يرى البعض الآخر أنها متميزة وضرورية لإدارة التغذية والتوتر. ولأنها تنظم عمليات مهمة مثل التمثيل الغذائي والاستجابات المناعية، فإنها يمكن أن توفر نظرة ثاقبة لاضطرابات مثل السمنة والأمراض العقلية. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحديد آلياتها الأساسية.

إيقاعات الساعة البيولوجية والدائرية: ساعات متشابهة أم أنظمة منفصلة؟

تساعد الساعات البيولوجية الكائنات الحية على التكيف مع التغيرات البيئية المتكررة. تتبع إيقاعات الساعة البيولوجية دورة مدتها 24 ساعة وتتحكم في النوم، وإفراز الهرمونات، والسلوكيات اليومية الأخرى. يتم تنظيم هذه الإيقاعات عن طريق البروتينات بما في ذلك دورات الإخراج الحركي اليومي kaput (الساعة)، والدماغ والعضلات مثل 1 (BMAL1)، والفترة (لكل)، والكريبتوكروم (البكاء)، والخالدة (TIM).

تحدث إيقاعات الدورة الدموية التي تظهر في الحيوانات البحرية كل 12.4 ساعة. تتوافق هذه الإيقاعات مع حركات المد والجزر وتساعد الأنواع مثل السرطانات والديدان والقشريات على البقاء في الموائل الساحلية. على سبيل المثال، تستمر القشريات البحرية Eurydice Pulchra وamphipod Parhyale Hawaaiensis في إظهار أنماط سلوكية لمدة 12.4 ساعة حتى عند اضطراب الجينات الإيقاعية، مثل B. Per. يشير هذا إلى وجود مذبذب منفصل بإطار 12.4 ساعة، وإن كان مع تداخل ميكانيكي من خلال BMAL1. ومع ذلك، في القشريات الأخرى مثل Eurydice Pulchra، تظهر دراسات RNAi أن إيقاعات الساعة البيولوجية مستقلة عن جينات الساعة البيولوجية الأساسية مثل Per وClock، مما يشير إلى وجود علاقة معقدة. توضح هذه النتائج كيف يمكن لآليات الساعة البيولوجية والساعة البيولوجية أن تتداخل أو تعمل بشكل مستقل اعتمادًا على الكائن الحي والسياق.

إيقاعات الجينات لمدة 12 ساعة في الفئران: ما وراء الساعة البيولوجية

كشف اكتشاف أنماط التعبير الجيني على مدار 12 ساعة في كبد الفأر عن دورة إيقاعية متميزة منفصلة عن الساعة البيولوجية التي تمتد على مدار 24 ساعة. تستمر هذه الإيقاعات المتطرفة أيضًا في الظلام المستمر والخلايا المعزولة، مما يشير إلى التحكم بها إلى حد كبير عن طريق آليات مستقلة عن الخلايا بدلاً من إشارات الدماغ. ترتبط العديد من الجينات المعنية بالاستجابة للضغط النفسي، ونشاط الميتوكوندريا، واستجابة البروتين غير المطوي (UPR). يلعب بروتين ربط X-box 1 (XBP1)، وهو عامل النسخ الذي يتم تنشيطه أثناء إجهاد الشبكة الإندوبلازمية، دورًا مهمًا ولكنه ليس حصريًا في تنظيم هذه الإيقاعات. ومع ذلك، عندما تم حذف XBP1 في كبد الفأر، استمرت الإيقاعات لمدة 12 ساعة، مما يشير إلى وجود عناصر تنظيمية أخرى. وقد دفع هذا الباحثين إلى التساؤل عما إذا كانت هذه الإيقاعات تنشأ من مذبذب مخصص لمدة 12 ساعة أو من خلال التفاعلات بين إشارات التغذية والجهد والإيقاع اليومي ويتم تعديلها عن طريق إيقاعات التغذية والإشارات النظامية. تشير الأدلة الحالية إلى أن الأنظمة المتداخلة المتعددة يمكن أن تعمل معًا لتوليد والحفاظ على أنماط التعبير الجيني لمدة 12 ساعة في الثدييات.

هل يوجد إيقاع 12 ساعة عند البشر؟

أكدت الدراسات البشرية أنماط التعبير الجيني لمدة 12 ساعة. في دراسة استمرت 48 ساعة على ثلاثة أشخاص، اتبع 653 جينًا دورة مدتها 12 ساعة، تختلف عن تلك التي أظهرت إيقاعات الساعة البيولوجية على مدار 24 ساعة. وكانت هذه الجينات فائقة التداخل مسؤولة عن الإجهاد والتمثيل الغذائي والوظيفة المناعية، وكانت متشابهة جدًا في الفئران، خاصة تلك التي ينظمها XBP1. على الرغم من أن المشاركين سيطروا على الإضاءة والوجبات الخاصة بهم، الأمر الذي يمكن أن يؤثر على النتائج، فإن البحث الأصلي يسلط الضوء على أن هذا يمثل قيدًا كبيرًا وأن العوامل البيئية أو السلوكية ربما ساهمت في الأنماط المرصودة. ومع ذلك، فإن التداخل مع بيانات الماوس يدعم الأهمية البيولوجية لهذه الإيقاعات. يختلف توقيت الذروة الجينية بين الأفراد، ومن المحتمل أن يتأثر بالعادات الشخصية أو الاختلافات البيولوجية الداخلية.

هل يمكن أن يكون لإيقاعات الـ 12 ساعة أصول مد وجزر؟

يعتقد بعض العلماء أن إيقاعات الـ 12 ساعة في الثدييات تطورت من الساعات البيولوجية البحرية. يتم دعم هذه الفكرة من خلال أنماط التعبير الجيني المتداخلة بين الثدييات والكائنات البحرية، بما في ذلك اللاسعات والبطلينوس، مع كون دراسة البطلينوس ملحوظة بشكل خاص بسبب احتجازها للمد والجزر.

ومع ذلك، فإن هذا الارتباط التطوري لا يزال غير مؤكد. تم إجراء العديد من المسوحات البحرية في ظل دورات الضوء والظلام بدلاً من ظروف المد والجزر، مما جعل من غير الواضح ما إذا كانت إيقاعات الـ 12 ساعة المرصودة مناسبة حقًا أم أنها تتأثر بالضوء. علاوة على ذلك، تعد المسارات الرئيسية مثل استجابة البروتين واستقلاب الدهون أمرًا أساسيًا للوظيفة الخلوية عبر الأنواع. قد يكون التشابه في التعبير الإيقاعي ناتجًا عن تطور مستقل وليس عن أصل مشترك. توفر الدراسة التي أجريت على Limpet C. Rota، والتي أجريت في ظل ظروف المد والجزر، رابطًا أقوى. بشكل عام، تتوخى المراجعة الحذر بشأن إنشاء روابط تطورية مباشرة لأن التطور المتقارب يمكن أن يفسر أوجه التشابه الملحوظة بين الأنواع.

ومع ذلك، فإن الملاحظة المتكررة لإيقاعات 12 ساعة في الكائنات الحية المختلفة تدعم أهميتها الوظيفية. يمكن لهذه الإيقاعات أن تساعد الخلايا على الاستعداد للتغيرات الأيضية أو البيئية التي يمكن التنبؤ بها، مثل: ب. أوقات التغذية أو التغيرات في درجة حرارة الجسم، كما هو مقترح في فرضية "ساعة الذروة" للاستعداد الأيضي.

الآثار السريرية لإيقاعات 12 ساعة المضطربة

تشير الأدلة الناشئة إلى أن إيقاعات 12 ساعة المتغيرة قد تساهم في الإصابة بالأمراض التي تصيب الإنسان. في إحدى الدراسات، أظهرت عينات الدماغ المأخوذة من أشخاص مصابين بالفصام اضطرابًا في التعبير الجيني لمدة 12 ساعة، خاصة في المسارات المرتبطة بصيانة الخلايا العصبية وطي البروتين (استجابة البروتين المكشوفة). على الرغم من أنه من غير الواضح ما إذا كان هذا التدخل يساهم في الاضطراب أو النتائج، فإن النتائج تشير إلى استكشاف العلاقة.

في الفئران، تكون إيقاعات الـ 12 ساعة حساسة للحالة الأيضية. السمنة وجداول التغذية غير المنتظمة تخفف من هذه الدورات. وهذا يثير احتمال أن الحفاظ على إيقاعات صحية فائقة يمكن أن يساعد في الحماية من الاضطرابات الأيضية والمعرفية. مثلما أحدث الطب اليومي تحولًا في أساليب التعامل مع النوم والاضطرابات الهرمونية، فإن علم الأحياء الزمني المتطرف لديه القدرة على توجيه استراتيجيات العلاج المستقبلية للأمراض النفسية والتمثيل الغذائي، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من البحث.

الاستنتاجات

يتم الآن التعرف على إيقاعات الاثنتي عشرة ساعة كطبقة رئيسية من التوقيت البيولوجي، وتنظيم العمليات الحيوية مثل التمثيل الغذائي، والاستجابة للضغط النفسي، ووظيفة المناعة. في حين يبدو أن بعض الدورات التي تستغرق 12 ساعة تنشأ من نظام الساعة البيولوجية، قد تكون هناك دورات أخرى مدفوعة بآليات مختلفة تتضمن عوامل النسخ مثل XBP1. تسلط الأدلة المستقاة من الأنواع البحرية والفئران والبشر الضوء على الوجود الواسع النطاق والأهمية المحتملة لهذه الإيقاعات. وقد لوحظ اضطرابهم في حالات مثل الفصام والسمنة. إن فهم كيفية إنشاء هذه الإيقاعات الفائقة والحفاظ عليها يمكن أن يؤدي إلى استراتيجيات مبتكرة للوقاية من الأمراض والرعاية الطبية الشخصية.

مصادر: