Odborníci zkoumají, jak 12hodinové biologické cykly u myší fungují se stopami u lidí

Odborníci zkoumají, jak 12hodinové biologické cykly u myší fungují se stopami u lidí

Mohly by skryté 12hodinové hodiny vašeho těla skrývat tajemství metabolického zdraví a nemoci? Nový výzkum spojuje naše vnitřní rytmy se starověkými oceánskými přílivy.

Publikováno v nedávné recenzi v časopiseNPJ Biologické načasování a spánekVýzkumníci Patrick Emery a Frédéric Gachon zkoumali mechanismy, fyziologický význam a potenciální evoluční původ 12hodinových biologických rytmů u savců, včetně lidí, a určili, zda tyto rytmy představují jedinečný systém časování, nebo jsou odvozeny z cirkadiánních či cirkadiánních hodin.

pozadí

Proč se mnoho lidských genů aktivuje dvakrát denně než jednou? Tento fascinující vzorec odráží 12hodinové biologické rytmy nazývané také ultradianské nebo cirkasemidské cykly. Tyto rytmy jsou dobře známé u mořských živočichů, kteří reagují na přílivové cykly. Podobné 12hodinové vzorce však byly pozorovány v nedávných studiích na suchozemských zvířatech, jako jsou myši a lidé. Někteří vědci naznačují, že tyto rytmy se vyvinuly ze starověkých přílivových hodin, zatímco jiní je považují za odlišné a nezbytné pro zvládnutí krmení a stresu. Protože regulují důležité procesy, jako je metabolismus a imunitní reakce, mohou poskytnout pohled na poruchy, jako je obezita a duševní choroby. K identifikaci jejich základních mechanismů je zapotřebí další výzkum.

Cirkadiánní a cirkadiánní rytmy: Podobné hodiny nebo samostatné systémy?

Biologické hodiny pomáhají organismům přizpůsobit se opakujícím se změnám prostředí. Cirkadiánní rytmy sledují 24hodinový cyklus a řídí spánek, uvolňování hormonů a další každodenní chování. Tyto rytmy jsou regulovány proteiny včetně cirkadiánních lokomotorických výstupních cyklů kaput (hodiny), mozkových a svalových arnt-like 1 (BMAL1), periody (per), kryptochromu (plač) a nadčasového (TIM).

Cirkatidální rytmy pozorované u mořských živočichů se objevují každých 12,4 hodin. Tyto rytmy odpovídají přílivovým pohybům a pomáhají druhům, jako jsou krabi, červi a korýši, přežít v pobřežních biotopech. Například mořský korýš Eurydice Pulchra a amphipod Parhyale Hawaaiensis nadále vykazují 12,4hodinové vzorce chování, i když jsou narušeny cirkadiánní geny, jako je B. Per. To naznačuje existenci samostatného 12,4 hodinového oscilátoru, i když s mechanistickým přesahem přes BMAL1. U jiných korýšů, jako je Eurydice Pulchra, však studie RNAi ukazují, že cirkadiánní rytmy jsou nezávislé na základních cirkadiánních genech, jako jsou Per a Clock, což naznačuje složitý vztah. Tyto výsledky ukazují, jak se cirkadiánní a cirkatidalní mechanismy mohou překrývat nebo fungovat nezávisle v závislosti na organismu a kontextu.

12hodinové genové rytmy u myší: za denními hodinami

Objev 12hodinových vzorců genové exprese v myších játrech odhalil zřetelný rytmický cyklus oddělený od 24hodinových cirkadiánních hodin. Tyto ultradické rytmy také přetrvávají v konstantní tmě a izolovaných buňkách, což naznačuje ovládání převážně buněčně autonomními mechanismy spíše než mozkovými signály. Mnoho zapojených genů je spojeno se stresovou odpovědí, mitochondriální aktivitou a rozloženou proteinovou odpovědí (UPR). X-box vázající protein 1 (XBP1), transkripční faktor aktivovaný během stresu endoplazmatického retikula, hraje důležitou, ale ne výlučnou roli v regulaci těchto rytmů. Nicméně, když byl XBP1 odstraněn v myších játrech, 12hodinové rytmy přetrvávaly, což naznačuje, že jsou zapojeny další regulační prvky. To vedlo vědce k otázce, zda tyto rytmy pocházejí z vyhrazeného 12hodinového oscilátoru nebo prostřednictvím interakcí mezi napájením, napětím a cirkadiánními signály a jsou modulovány rytmy napájení a systémovými podněty. Současné důkazy naznačují, že více překrývajících se systémů může spolupracovat při vytváření a udržování 12hodinových vzorců genové exprese u savců.

Jsou u lidí přítomny 12hodinové rytmy?

Lidské studie potvrdily 12hodinové vzorce genové exprese. Ve 48hodinové studii tří lidí sledovalo 653 genů 12hodinový cyklus, odlišný od těch, které vykazovaly 24hodinové cirkadiánní rytmy. Tyto ultradian geny se podílely na stresu, metabolismu a imunitních funkcích a byly velmi podobné u myší, zejména u myší regulovaných XBP1. Ačkoli účastníci kontrolovali své vlastní osvětlení a jídlo, což mohlo ovlivnit výsledky, původní výzkum zdůrazňuje, že se jedná o významné omezení a že faktory prostředí nebo chování mohly přispět k pozorovaným vzorcům. Překrývání s údaji o myších však podporuje biologickou relevanci těchto rytmů. Načasování genových vrcholů se mezi jednotlivci lišilo, pravděpodobně ovlivněné osobními zvyky nebo vnitřními biologickými rozdíly.

Könnten 12-Stunden-Rhythmen Gezeitenursprünge haben?

Někteří vědci se domnívají, že 12hodinové rytmy u savců se vyvinuly z mořských cirkadiánních hodin. Tuto myšlenku podporují překrývající se vzorce genové exprese mezi savci a mořskými organismy, včetně cnidarians a limpets, přičemž studie limpet je zvláště pozoruhodná svým přílivovým strháváním.

Toto evoluční spojení však zůstává nejisté. Mnoho mořských průzkumů bylo prováděno v cyklech světlo-tma spíše než v přílivových podmínkách, díky čemuž nebylo jasné, zda jsou pozorované 12hodinové rytmy skutečně vhodné nebo ovlivněné světlem. Kromě toho jsou klíčové dráhy, jako je rozložená proteinová odpověď a metabolismus lipidů, zásadní pro buněčnou funkci napříč druhy. Podobnost v rytmickém vyjádření může vyplývat spíše z nezávislé evoluce než ze společného původu. Studie v Limpet C. Rota, prováděná za přílivových podmínek, poskytuje silnější spojení. Celkově je přehled opatrný ohledně vytváření přímých evolučních spojení, protože konvergentní evoluce může vysvětlit podobnosti pozorované u různých druhů.

Opakované pozorování 12hodinových rytmů u různých organismů však podporuje jejich funkční význam. Tyto rytmy mohou buňkám pomoci připravit se na předvídatelné metabolické změny nebo změny prostředí, jako jsou: B. Doba krmení nebo změny tělesné teploty, jak je navrženo v hypotéze „rychlé hodiny“ pro metabolickou připravenost.

Klinické důsledky narušeného 12hodinového rytmu

Objevující se důkazy naznačují, že změněné 12hodinové rytmy mohou přispívat k lidské nemoci. V jedné studii vzorky mozku od lidí se schizofrenií prokázaly narušenou 12hodinovou genovou expresi, zejména v drahách spojených s udržováním neuronů a skládáním proteinů (rozložená proteinová odpověď). Ačkoli není jasné, zda tato interference přispívá k poruše nebo k jejím výsledkům, výsledky naznačují zkoumání vztahu.

U myší jsou 12hodinové rytmy citlivé na metabolický stav. Obezita a nepravidelný režim krmení tyto cykly tlumí. To zvyšuje možnost, že udržování zdravých ultradiánských rytmů by mohlo pomoci chránit před metabolickými a kognitivními poruchami. Stejně jako cirkadiánní medicína změnila přístupy ke spánku a hormonálním poruchám, ultradická chronobiologie má potenciál informovat o budoucích léčebných strategiích pro psychiatrická a metabolická onemocnění, ačkoli je zapotřebí dalšího výzkumu.

Závěry

Dvanáctihodinové rytmy jsou nyní považovány za klíčovou vrstvu biologického načasování, regulující kritické procesy, jako je metabolismus, reakce na stres a imunitní funkce. Zatímco se zdá, že některé 12hodinové cykly pocházejí z cirkadiánního systému, jiné mohou být řízeny různými mechanismy zahrnujícími transkripční faktory, jako je XBP1. Důkazy od mořských druhů, myší a lidí zdůrazňují rozšířenou přítomnost a potenciální význam těchto rytmů. Jejich porucha byla pozorována u stavů, jako je schizofrenie a obezita. Pochopení toho, jak jsou tyto ultradian rytmy vytvářeny a udržovány, může vést k inovativním strategiím prevence nemocí a personalizované lékařské péče.

Zdroje: