Ekspertai apžvelgia, kaip 12 valandų biologiniai ciklai pelėse veikia su įkalčiais žmonėms

Ekspertai apžvelgia, kaip 12 valandų biologiniai ciklai pelėse veikia su įkalčiais žmonėms

Ar jūsų kūno paslėptas 12 valandų laikrodis gali turėti medžiagų apykaitos sveikatos ir ligų paslaptį? Nauji tyrimai susieja mūsų vidinius ritmus su senovės vandenyno potvyniais.

Paskelbta naujausioje apžvalgoje žurnaleNPJ Biologinis laikas ir miegasTyrėjai Patrick Emery ir Frédéric Gachon ištyrė žinduolių, įskaitant žmones, 12 valandų biologinių ritmų mechanizmus, fiziologinę reikšmę ir galimą evoliucinę kilmę ir nustatė, ar šie ritmai yra unikali laiko nustatymo sistema, ar yra kilę iš cirkadinių ar cirkadinių laikrodžių.

fone

Kodėl daugelis žmogaus genų suaktyvėja du kartus per dieną, o ne vieną kartą? Šis žavus modelis atspindi 12 valandų biologinius ritmus, dar vadinamus ultradiniais arba cirkazemidiniais ciklais. Šie ritmai yra gerai žinomi jūrų gyvūnams, kurie reaguoja į potvynių ciklus. Tačiau panašūs 12 valandų modeliai buvo pastebėti naujausiuose sausumos gyvūnų, pvz., pelių ir žmonių, tyrimuose. Kai kurie mokslininkai teigia, kad šie ritmai išsivystė iš senovinių potvynių laikrodžių, o kiti mano, kad jie yra skirtingi ir reikalingi norint valdyti maitinimąsi ir stresą. Kadangi jie reguliuoja svarbius procesus, tokius kaip medžiagų apykaita ir imuninis atsakas, jie gali suteikti įžvalgų apie sutrikimus, tokius kaip nutukimas ir psichinės ligos. Norint nustatyti jų pagrindinius mechanizmus, reikia atlikti tolesnius tyrimus.

Cirkadinis ir cirkadinis ritmas: panašūs laikrodžiai ar atskiros sistemos?

Biologiniai laikrodžiai padeda organizmams prisitaikyti prie pasikartojančių aplinkos pokyčių. Cirkadiniai ritmai seka 24 valandų ciklą ir kontroliuoja miegą, hormonų išsiskyrimą ir kitą kasdienį elgesį. Šiuos ritmus reguliuoja baltymai, įskaitant cirkadinius judėjimo išėjimo ciklus kaput (laikrodis), smegenų ir raumenų arnt tipo 1 (BMAL1), periodą (per), kriptochromą (verkimą) ir nesenstantį (TIM).

Jūrų gyvūnų cirkadinis ritmas pasireiškia kas 12,4 valandos. Šie ritmai atitinka potvynių judesius ir padeda tokioms rūšims kaip krabai, kirminai ir vėžiagyviai išgyventi pakrantės buveinėse. Pavyzdžiui, jūrų vėžiagyvis Eurydice Pulchra ir amfipodas Parhyale Hawaaiensis ir toliau elgiasi 12,4 valandos, net kai yra sutrikdyti cirkadiniai genai, tokie kaip B. Per. Tai rodo, kad egzistuoja atskiras 12,4 valandų generatorius, nors ir su mechaniniu persidengimu per BMAL1. Tačiau kituose vėžiagyviuose, tokiuose kaip Eurydice Pulchra, RNAi tyrimai rodo, kad cirkadiniai ritmai nepriklauso nuo pagrindinių cirkadinių genų, tokių kaip Per ir Clock, o tai rodo sudėtingą ryšį. Šie rezultatai parodo, kaip cirkadiniai ir cirkadiniai mechanizmai gali sutapti arba veikti nepriklausomai, priklausomai nuo organizmo ir konteksto.

12 valandų genų ritmai pelėse: už cirkadinio laikrodžio ribų

12 valandų genų ekspresijos modelių atradimas pelių kepenyse atskleidė skirtingą ritminį ciklą, atskirtą nuo 24 valandų cirkadinio laikrodžio. Šie ultradūs ritmai taip pat išlieka nuolatinėje tamsoje ir izoliuotose ląstelėse, o tai rodo, kad valdymas daugiausia priklauso nuo ląstelių autonominių mechanizmų, o ne smegenų signalų. Daugelis dalyvaujančių genų yra susiję su atsaku į stresą, mitochondrijų aktyvumu ir išsiskleidusiu baltymų atsaku (UPR). X-box rišantis baltymas 1 (XBP1), transkripcijos faktorius, aktyvuotas endoplazminio tinklo streso metu, vaidina svarbų, bet ne išskirtinį vaidmenį reguliuojant šiuos ritmus. Tačiau, kai XBP1 buvo ištrintas pelių kepenyse, 12 valandų ritmai išliko, o tai rodo, kad yra susiję ir kiti reguliavimo elementai. Tai paskatino mokslininkus suabejoti, ar šie ritmai kyla dėl tam skirto 12 valandų generatoriaus, ar dėl maitinimo, įtampos ir cirkadinių signalų sąveikos ir yra moduliuojami maitinimo ritmais ir sisteminiais signalais. Dabartiniai įrodymai rodo, kad kelios persidengiančios sistemos gali dirbti kartu, kad sukurtų ir išlaikytų 12 valandų žinduolių genų ekspresijos modelius.

Ar žmonėms būdingi 12 valandų ritmai?

Žmonių tyrimai patvirtino 12 valandų genų ekspresijos modelius. 48 valandas trukusiame trijų žmonių tyrime 653 genai sekė 12 valandų ciklą, kuris skiriasi nuo tų, kurie parodė 24 valandų cirkadinį ritmą. Šie ultradiano genai buvo susiję su stresu, metabolizmu ir imunine funkcija ir buvo labai panašūs pelėms, ypač reguliuojamoms XBP1. Nors dalyviai kontroliavo savo apšvietimą ir maistą, o tai galėjo turėti įtakos rezultatams, pradiniame tyrime pabrėžiama, kad tai yra reikšmingas apribojimas ir kad aplinkos ar elgesio veiksniai galėjo turėti įtakos stebimiems modeliams. Tačiau sutapimas su pelės duomenimis patvirtina šių ritmų biologinę svarbą. Genų smailių laikas skirtingiems asmenims skyrėsi, greičiausiai tai turėjo įtakos asmeniniai įpročiai ar vidiniai biologiniai skirtumai.

Ar 12 valandų ritmai gali turėti potvynio kilmę?

Kai kurie mokslininkai mano, kad 12 valandų žinduolių ritmai išsivystė iš jūrų cirkadinių laikrodžių. Šią idėją patvirtina persidengiantys žinduolių ir jūrų organizmų, įskaitant cnidarians ir limpets, genų ekspresijos modeliai, o limpet tyrimas ypač pastebimas dėl potvynių ir atoslūgių.

Tačiau šis evoliucinis ryšys lieka neaiškus. Daugelis jūrų tyrimų buvo atlikti šviesos ir tamsos ciklais, o ne potvynio sąlygomis, todėl neaišku, ar stebėti 12 valandų ritmai tikrai tinkami, ar juos įtakoja šviesa. Be to, pagrindiniai būdai, tokie kaip išsiskleidęs baltymų atsakas ir lipidų apykaita, yra labai svarbūs ląstelių funkcijai visose rūšyse. Ritminės išraiškos panašumas gali atsirasti dėl nepriklausomos evoliucijos, o ne dėl bendrų protėvių. Limpet C. Rota tyrimas, atliktas potvynio sąlygomis, suteikia stipresnį ryšį. Apskritai apžvalga yra atsargi užmezgant tiesioginius evoliucinius ryšius, nes konvergentinė evoliucija gali paaiškinti skirtingų rūšių panašumus.

Tačiau pakartotinis 12 valandų ritmų stebėjimas skirtinguose organizmuose patvirtina jų funkcinę reikšmę. Šie ritmai gali padėti ląstelėms pasiruošti nuspėjamiems metaboliniams ar aplinkos pokyčiams, tokiems kaip: B. Maitinimo laikas arba kūno temperatūros pokyčiai, kaip siūloma metabolinio pasirengimo piko valandos hipotezėje.

Klinikiniai sutrikusio 12 valandų ritmo padariniai

Nauji įrodymai rodo, kad pakitęs 12 valandų ritmas gali prisidėti prie žmonių ligų. Viename tyrime šizofrenija sergančių žmonių smegenų mėginiai parodė sutrikusią 12 valandų genų ekspresiją, ypač tais būdais, susijusiais su neuronų palaikymu ir baltymų lankstymu (išskleista baltymų reakcija). Nors neaišku, ar šie trukdžiai prisideda prie sutrikimo ar pasekmių, rezultatai rodo, kad reikia ištirti santykius.

Pelėms 12 valandų ritmai yra jautrūs medžiagų apykaitos būklei. Nutukimas ir nereguliarus maitinimo grafikas slopina šiuos ciklus. Tai padidina galimybę, kad sveikų ultradijos ritmų palaikymas gali padėti apsisaugoti nuo medžiagų apykaitos ir pažinimo sutrikimų. Kaip cirkadinė medicina pakeitė požiūrį į miegą ir hormoninius sutrikimus, ultradinė chronobiologija gali suteikti informacijos apie būsimas psichikos ir medžiagų apykaitos ligų gydymo strategijas, nors reikia atlikti tolesnius tyrimus.

Išvados

Dvylikos valandų ritmai dabar pripažįstami kaip pagrindinis biologinio laiko nustatymo sluoksnis, reguliuojantis svarbius procesus, tokius kaip medžiagų apykaita, atsakas į stresą ir imuninės funkcijos. Nors kai kurie 12 valandų ciklai yra kilę iš cirkadinės sistemos, kiti gali būti nulemti skirtingų mechanizmų, susijusių su transkripcijos faktoriais, tokiais kaip XBP1. Įrodymai iš jūrų rūšių, pelių ir žmonių rodo, kad šie ritmai yra plačiai paplitę ir gali būti svarbūs. Jų sutrikimas buvo pastebėtas tokiomis sąlygomis kaip šizofrenija ir nutukimas. Supratimas, kaip sukuriami ir palaikomi šie ultradijos ritmai, gali padėti sukurti naujoviškas ligų prevencijos ir individualizuotos medicininės priežiūros strategijas.

Šaltiniai: