Experții analizează modul în care ciclurile biologice de 12 ore la șoareci funcționează cu indicii la oameni

Experții analizează modul în care ciclurile biologice de 12 ore la șoareci funcționează cu indicii la oameni

Ceasul ascuns de 12 ore al corpului tău ar putea să dețină secretul sănătății metabolice și al bolii? Noi cercetări leagă ritmurile noastre interne de mareele oceanice antice.

Publicat într-o recenzie recentă în JurnalNPJ Timpul biologic și somnulCercetătorii Patrick Emery și Frédéric Gachon au examinat mecanismele, semnificația fiziologică și potențialele origini evolutive ale ritmurilor biologice de 12 ore la mamifere, inclusiv la oameni, și au determinat dacă aceste ritmuri reprezintă un sistem de sincronizare unic sau sunt derivate din ceasurile circadiene sau circatide.

fundal

De ce multe gene umane se activează de două ori pe zi și nu o dată? Acest model fascinant reflectă ritmuri biologice de 12 ore numite și cicluri ultradiane sau circasemidice. Aceste ritmuri sunt bine cunoscute la animalele marine care răspund la ciclurile mareelor. Cu toate acestea, modele similare de 12 ore au fost observate în studii recente asupra animalelor terestre, cum ar fi șoarecii și oamenii. Unii oameni de știință sugerează că aceste ritmuri au evoluat din ceasurile de maree antice, în timp ce alții le văd ca fiind distincte și necesare pentru a gestiona hrănirea și stresul. Deoarece reglează procese importante, cum ar fi metabolismul și răspunsurile imune, ele pot oferi informații despre tulburări precum obezitatea și bolile mintale. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a identifica mecanismele care stau la baza acestora.

Ritmuri circadiene și circatidale: ceasuri similare sau sisteme separate?

Ceasurile biologice ajută organismele să se adapteze la schimbările recurente ale mediului. Ritmurile circadiene urmează un ciclu de 24 de ore și controlează somnul, eliberarea hormonilor și alte comportamente zilnice. Aceste ritmuri sunt reglate de proteine, inclusiv ciclurile locomotorii circadiane kaput (ceas), creier și mușchi asemănător 1 (BMAL1), punct (per), criptocrom (plâns) și atemporal (TIM).

Ritmurile circatidale observate la animalele marine apar la fiecare 12,4 ore. Aceste ritmuri corespund mișcărilor mareelor ​​și ajută specii precum crabii, viermii și crustaceele să supraviețuiască în habitatele de coastă. De exemplu, crustaceul marin Eurydice Pulchra și amfipodul Parhyale Hawaaiensis continuă să prezinte modele comportamentale de 12,4 ore chiar și atunci când genele circadiene, cum ar fi B. Per, sunt perturbate. Acest lucru sugerează existența unui oscilator separat de 12,4 ore, deși cu suprapunere mecanică prin BMAL1. Cu toate acestea, la alte crustacee, cum ar fi Eurydice Pulchra, studiile ARNi arată că ritmurile circadiene sunt independente de genele circadiene de bază, cum ar fi Per și Clock, ceea ce sugerează o relație complexă. Aceste rezultate demonstrează modul în care mecanismele circadiene și circatidale se pot suprapune sau funcționa independent în funcție de organism și context.

Ritmuri genetice de 12 ore la șoareci: dincolo de ceasul circadian

Descoperirea modelelor de expresie genetică de 12 ore în ficatul de șoarece a relevat un ciclu ritmic distinct, separat de ceasul circadian de 24 de ore. Aceste ritmuri ultradice persistă, de asemenea, în întuneric constant și celule izolate, sugerând controlul prin mecanisme în mare măsură autonome de celule, mai degrabă decât semnalele creierului. Multe dintre genele implicate sunt asociate cu răspunsul la stres, cu activitatea mitocondrială și cu răspunsul proteic unfolded (UPR). X-box binding protein 1 (XBP1), un factor de transcripție activat în timpul stresului reticulului endoplasmatic, joacă un rol important, dar nu exclusiv, în reglarea acestor ritmuri. Cu toate acestea, atunci când XBP1 a fost șters în ficatul de șoarece, ritmurile de 12 ore au persistat, indicând faptul că sunt implicate și alte elemente de reglementare. Acest lucru i-a determinat pe cercetători să se întrebe dacă aceste ritmuri apar dintr-un oscilator dedicat de 12 ore sau prin interacțiuni între semnalele de alimentare, tensiune și circadiene și sunt modulate de ritmurile de hrănire și indicii sistemice. Dovezile actuale sugerează că mai multe sisteme care se suprapun pot lucra împreună pentru a genera și menține modele de expresie genetică de 12 ore la mamifere.

Sunt ritmurile de 12 ore prezente la oameni?

Studiile pe oameni au confirmat modelele de expresie genetică de 12 ore. Într-un studiu de 48 de ore pe trei persoane, 653 de gene au urmat un ciclu de 12 ore, diferit de cele care au prezentat ritmuri circadiene de 24 de ore. Aceste gene ultradiane au fost implicate în stres, metabolism și funcția imunitară și au fost foarte asemănătoare la șoareci, în special la cele reglementate de XBP1. Deși participanții și-au controlat propriile iluminare și mese, ceea ce ar putea influența rezultatele, cercetarea originală evidențiază că aceasta este o limitare semnificativă și că factorii de mediu sau comportamentali ar fi putut contribui la modelele observate. Cu toate acestea, suprapunerea cu datele de la șoarece susține relevanța biologică a acestor ritmuri. Momentul vârfurilor genelor a variat între indivizi, probabil influențat de obiceiurile personale sau de diferențele biologice interne.

Ar putea ritmurile de 12 ore să aibă origini de maree?

Unii oameni de știință cred că ritmurile de 12 ore la mamifere au evoluat din ceasurile circadiene marine. Această idee este susținută de tiparele de expresie a genelor suprapuse între mamifere și organisme marine, inclusiv cnidarii și limpete, studiul limpetului fiind deosebit de remarcabil pentru antrenarea sa de maree.

Cu toate acestea, această legătură evolutivă rămâne incertă. Multe sondaje marine au fost efectuate mai degrabă în cicluri lumină-întuneric decât în ​​condiții intertidale, ceea ce a făcut neclar dacă ritmurile observate de 12 ore sunt cu adevărat adecvate sau influențate de lumină. În plus, căile cheie, cum ar fi răspunsul proteinelor desfășurate și metabolismul lipidic, sunt fundamentale pentru funcția celulară între specii. Asemănarea în exprimarea ritmică poate rezulta din evoluția independentă, mai degrabă decât din strămoși comun. Studiul din Limpet C. Rota, realizat în condiții de maree, oferă o conexiune mai puternică. În general, revizuirea este precaută în ceea ce privește realizarea de conexiuni evolutive directe, deoarece evoluția convergentă poate explica asemănările observate între specii.

Cu toate acestea, observarea repetată a ritmurilor de 12 ore în diferite organisme susține semnificația lor funcțională. Aceste ritmuri pot ajuta celulele să se pregătească pentru schimbări metabolice sau de mediu previzibile, cum ar fi: B. Timpii de hrănire sau schimbările temperaturii corpului, așa cum se propune în ipoteza „ora de vârf” pentru pregătirea metabolică.

Implicațiile clinice ale ritmurilor perturbate de 12 ore

Dovezile emergente sugerează că ritmurile modificate de 12 ore pot contribui la boala umană. Într-un studiu, mostrele de creier de la persoanele cu schizofrenie au arătat o expresie a genelor perturbate de 12 ore, în special în căile asociate cu întreținerea neuronilor și plierea proteinelor (răspunsul proteic nepliat). Deși nu este clar dacă această interferență contribuie la tulburare sau la rezultate, rezultatele sugerează o explorare a unei relații.

La șoareci, ritmurile de 12 ore sunt sensibile la starea metabolică. Obezitatea și programele neregulate de hrănire atenuează aceste cicluri. Acest lucru ridică posibilitatea ca menținerea ritmurilor ultradiene sănătoase ar putea ajuta la protejarea împotriva tulburărilor metabolice și cognitive. La fel cum medicina circadiană a transformat abordările asupra tulburărilor de somn și hormonale, cronobiologia ultradică are potențialul de a informa strategiile viitoare de tratament pentru bolile psihiatrice și metabolice, deși sunt necesare cercetări suplimentare.

Concluzii

Ritmurile de douăsprezece ore sunt acum recunoscute ca un strat cheie al sincronizarii biologice, reglând procese critice, cum ar fi metabolismul, răspunsul la stres și funcția imunitară. În timp ce unele cicluri de 12 ore par să provină din sistemul circadian, altele pot fi conduse de diferite mecanisme care implică factori de transcripție, cum ar fi XBP1. Dovezile de la specii marine, șoareci și oameni evidențiază prezența pe scară largă și importanța potențială a acestor ritmuri. Tulburarea lor a fost observată în condiții precum schizofrenia și obezitatea. Înțelegerea modului în care aceste ritmuri ultradiene sunt generate și menținute poate duce la strategii inovatoare pentru prevenirea bolilor și îngrijire medicală personalizată.

Surse: