A szakértők áttekintik, hogyan működnek a 12 órás biológiai ciklusok az egerekben, és hogyan működnek a nyomok az emberekben

A szakértők áttekintik, hogyan működnek a 12 órás biológiai ciklusok az egerekben, és hogyan működnek a nyomok az emberekben

A tested rejtett 12 órás órája rejtheti az anyagcsere egészségének és betegségeinek titkát? Egy új kutatás összekapcsolja belső ritmusunkat az ősi óceáni árapályokkal.

Közzétették a folyóiratban nemrég megjelent áttekintésbenNPJ Biológiai időzítés és alvásPatrick Emery és Frédéric Gachon kutatók megvizsgálták a 12 órás biológiai ritmusok mechanizmusait, fiziológiai jelentőségét és lehetséges evolúciós eredetét emlősökben, beleértve az embert is, és megállapították, hogy ezek a ritmusok egyedi időzítési rendszert képviselnek-e, vagy cirkadián vagy cirkadián órákból származnak.

háttér

Miért aktiválódik sok emberi gén naponta kétszer, nem pedig egyszer? Ez a lenyűgöző minta 12 órás biológiai ritmusokat tükröz, amelyeket ultradián vagy cirkazemid ciklusoknak is neveznek. Ezek a ritmusok jól ismertek az árapály-ciklusokra reagáló tengeri állatoknál. Hasonló 12 órás mintákat figyeltek meg azonban a közelmúltban szárazföldi állatokon, például egereken és embereken végzett vizsgálatok során. Egyes tudósok azt sugallják, hogy ezek a ritmusok az ősi dagályórákból alakultak ki, míg mások különállónak és szükségesnek tartják őket a táplálkozás és a stressz kezeléséhez. Mivel olyan fontos folyamatokat szabályoznak, mint az anyagcsere és az immunválaszok, betekintést nyújthatnak olyan rendellenességekbe, mint az elhízás és a mentális betegségek. További kutatások szükségesek a mögöttes mechanizmusok azonosításához.

Cirkadián és cirkadiális ritmusok: hasonló órák vagy különálló rendszerek?

A biológiai órák segítenek az élőlényeknek alkalmazkodni a visszatérő környezeti változásokhoz. A cirkadián ritmus 24 órás ciklust követ, és szabályozza az alvást, a hormonfelszabadulást és más napi viselkedést. Ezeket a ritmusokat olyan fehérjék szabályozzák, mint a cirkadián lokomotoros kimeneti ciklusok kaput (óra), agy és izom arnt-like 1 (BMAL1), periódus (per), kriptokróm (sírás) és időtlen (TIM).

A tengeri állatoknál megfigyelhető keringési ritmus 12,4 óránként fordul elő. Ezek a ritmusok megfelelnek az árapály mozgásának, és segítik az olyan fajokat, mint a rákok, férgek és rákfélék túlélni a part menti élőhelyeken. Például az Eurydice Pulchra tengeri rákfélék és a Parhyale Hawaaiensis kétlábúak továbbra is 12,4 órás viselkedési mintákat mutatnak, még akkor is, ha a cirkadián géneket, például a B. Pert megzavarják. Ez egy különálló 12,4 órás oszcillátor létezésére utal, bár a BMAL1-en keresztüli mechanikai átfedéssel. Más rákféléknél, például az Eurydice Pulchránál azonban az RNSi-vizsgálatok azt mutatják, hogy a cirkadián ritmusok függetlenek az olyan központi cirkadián génektől, mint a Per és a Clock, ami összetett kapcsolatra utal. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a cirkadián és cirkadiális mechanizmusok hogyan fedhetik át egymást vagy működhetnek függetlenül az organizmustól és a kontextustól függően.

12 órás génritmus egerekben: túl a cirkadián órán

A 12 órás génexpressziós mintázatok felfedezése egérmájban a 24 órás cirkadián órától eltérő ritmikus ciklust tárt fel. Ezek az ultradíkus ritmusok állandó sötétségben és izolált sejtekben is megmaradnak, ami arra utal, hogy az agyi jelek helyett nagyrészt sejtautonóm mechanizmusok irányítják őket. Sok érintett gén a stresszválaszhoz, a mitokondriális aktivitáshoz és a kibontott fehérjeválaszhoz (UPR) kapcsolódik. Az X-box kötő fehérje 1 (XBP1), az endoplazmatikus retikulum stressz során aktiválódó transzkripciós faktor, fontos, de nem kizárólagos szerepet játszik ezen ritmusok szabályozásában. Amikor azonban az XBP1-et törölték az egérmájból, a 12 órás ritmusok megmaradtak, jelezve, hogy más szabályozó elemek is érintettek. Ez arra késztette a kutatókat, hogy megkérdőjelezzék, hogy ezek a ritmusok egy dedikált 12 órás oszcillátorból vagy a táplálás, a feszültség és a cirkadián jelek közötti kölcsönhatásokból származnak-e, és a táplálási ritmusok és a szisztémás jelzések modulálják őket. A jelenlegi bizonyítékok arra utalnak, hogy több egymást átfedő rendszer együtt képes létrehozni és fenntartani a 12 órás génexpressziós mintákat emlősökben.

Megvannak a 12 órás ritmusok az emberekben?

Humán vizsgálatok megerősítették a 12 órás génexpressziós mintákat. Egy három emberrel végzett 48 órás vizsgálatban 653 gén követett 12 órás ciklust, ami különbözik azoktól, amelyek 24 órás cirkadián ritmust mutattak. Ezek az ultradián gének részt vettek a stresszben, az anyagcserében és az immunfunkciókban, és nagyon hasonlóak voltak az egerekben, különösen azokban, amelyeket az XBP1 szabályoz. Bár a résztvevők saját maguk szabályozták világításukat és étkezésüket, ami befolyásolhatja az eredményeket, az eredeti kutatás rávilágít arra, hogy ez jelentős korlát, és környezeti vagy viselkedési tényezők is hozzájárulhattak a megfigyelt mintákhoz. Az egéradatokkal való átfedés azonban alátámasztja ezeknek a ritmusoknak a biológiai jelentőségét. A géncsúcsok időzítése egyénenként eltérő volt, valószínűleg a személyes szokások vagy a belső biológiai különbségek befolyásolták.

Lehetséges, hogy a 12 órás ritmusok árapály eredetűek?

Egyes tudósok úgy vélik, hogy az emlősökben a 12 órás ritmus a tengeri cirkadián órákból alakult ki. Ezt az elképzelést támasztják alá az emlősök és a tengeri élőlények, köztük az emlősök és a sántályok közötti átfedő génexpressziós mintázatok, a sántikás vizsgálat pedig különösen figyelemre méltó az árapály-elvonódása miatt.

Ez az evolúciós kapcsolat azonban továbbra is bizonytalan. Sok tengeri felmérést inkább világos-sötét ciklusokban végeztek, nem pedig árapály-körülmények között, ami miatt nem világos, hogy a megfigyelt 12 órás ritmus valóban megfelelő-e, vagy a fény befolyásolja-e. Ezenkívül az olyan kulcsfontosságú útvonalak, mint a kibontott fehérjeválasz és a lipidmetabolizmus, alapvetőek a fajok sejtműködéséhez. A ritmikus kifejezés hasonlósága inkább a független evolúcióból eredhet, mint a közös ősökből. A Limpet C. Rotában végzett vizsgálat, amelyet árapály körülmények között végeztek, erősebb kapcsolatot biztosít. Összességében az áttekintés óvatos a közvetlen evolúciós kapcsolatok létrehozásával kapcsolatban, mivel a konvergens evolúció megmagyarázhatja a fajok között megfigyelt hasonlóságokat.

A 12 órás ritmusok ismételt megfigyelése különböző szervezetekben azonban alátámasztja funkcionális jelentőségét. Ezek a ritmusok segíthetnek a sejteknek felkészülni a kiszámítható anyagcsere- vagy környezeti változásokra, mint például: B. Táplálkozási idők vagy testhőmérséklet-eltolódások, amint azt a metabolikus készenlétre vonatkozó „csúcsidő” hipotézis javasolta.

A 12 órás ritmuszavar klinikai következményei

Az újabb bizonyítékok arra utalnak, hogy a megváltozott 12 órás ritmus hozzájárulhat az emberi betegségekhez. Egy tanulmányban a skizofrén betegek agymintái 12 órás génexpressziós zavart mutattak, különösen a neuronok fenntartásával és a fehérje feltekeredésével (kibontott fehérjeválasz) kapcsolatos útvonalakon. Bár nem világos, hogy ez az interferencia hozzájárul-e a rendellenességhez vagy annak kimeneteléhez, az eredmények egy kapcsolat feltárására utalnak.

Egerekben a 12 órás ritmusok érzékenyek az anyagcsere állapotára. Az elhízás és a rendszertelen táplálkozási ütemezés tompítja ezeket a ciklusokat. Ez felveti annak a lehetőségét, hogy az egészséges ultradián ritmus fenntartása segít megvédeni az anyagcsere- és kognitív zavarokat. Ahogyan a cirkadián gyógyászat átalakította az alvás- és hormonális rendellenességek megközelítését, az ultradic kronobiológia is lehetőséget ad a pszichiátriai és anyagcsere-betegségek jövőbeli kezelési stratégiáinak megalapozására, bár további kutatásokra van szükség.

Következtetések

A 12 órás ritmus ma már a biológiai időzítés kulcsfontosságú rétege, amely olyan kritikus folyamatokat szabályoz, mint az anyagcsere, a stresszreakció és az immunfunkció. Míg egyes 12 órás ciklusok úgy tűnik, hogy a cirkadián rendszerből származnak, másokat különböző mechanizmusok hajthatnak végre, amelyek transzkripciós faktorokat, például XBP1-et tartalmaznak. A tengeri fajoktól, egerektől és emberektől származó bizonyítékok rávilágítanak e ritmusok széles körű jelenlétére és potenciális fontosságára. Rendellenességüket olyan állapotokban figyelték meg, mint a skizofrénia és az elhízás. Az ultradián ritmusok létrehozásának és fenntartásának megértése innovatív betegségekmegelőzési és személyre szabott orvosi ellátási stratégiákhoz vezethet.

Források: