Objev proteinů vrhá světlo na cirkadiánní rytmy

souhrn: Vědci identifikovali důležitý protein Tenm3 ve vizuálním systému myší, který stabilizuje cirkadiánní rytmy modulací reakce mozku na světlo. Tento objev má zásadní důsledky pro léčbu poruch spánku a jet lag.

Cirkadiánní rytmy hrají zásadní roli při regulaci spánku, bdění a dalšího cirkadiánního chování a narušení může vést ke zdravotním problémům.

Pochopením role Tenm3 se výzkumníci zaměřují na vývoj intervencí pro poruchy spánku a jet lag, což je v konečném důsledku přínosné pro lidské zdraví.

Klíčová fakta:

1. Protein Tenm3 ve zrakovém systému pomáhá udržovat mozek stabilní cirkadiánní rytmy, a to i za měnících se světelných podmínek.
2. Myši postrádající Tenm3 vykazují zvýšenou citlivost na světelné signály, což umožňuje rychlou modulaci cirkadiánních rytmů.
3. Tento výzkum má potenciální využití při diagnostice a léčbě poruch spánku a zmírňování účinků jet lag u lidí.

zdroj: medicína Johnse Hopkinse

Vědci z Johns Hopkins University School of Medicine a National Institutes of Health identifikovali protein ve vizuálním systému myší, který se zdá být klíčový pro stabilizaci cirkadiánních rytmů těla snížením reakce mozku na světlo.

Výsledky byly zveřejněny 5. prosince PLoS biologieAutoři studie tvrdí, že tato studie podporuje úsilí o lepší léčbu poruch spánku a jet lag.

„Pokud by se cirkadiánní rytmy upravovaly s každou rychlou změnou osvětlení, jako je zatmění nebo velmi tmavý a deštivý den, nebyly by příliš účinné při regulaci cyklického chování, jako je spánek a hlad.

„Protein, který jsme identifikovali, pomáhá propojit mozek během neurovývoje, aby umožnil stabilní reakce na výzvy cirkadiánního rytmu ze dne na den,“ říká Alex Kolodkin, Ph.D., profesor na katedře neurověd na Johns Hopkins University a zástupce ředitele ústav. Pro základní biomedicínské vědy.

Kolodkin vedl studii spolu s Dr. Samerem Hattarem, vedoucím divize světla a cirkadiánních rytmů v Národním institutu duševního zdraví.

Vědci již dlouho vědí, že většina organismů má cirkadiánní „hodiny“, soubor biologických rytmů, které běží kolem 24 hodin denně a kromě jiného cyklického chování ovlivňují bdělost, ospalost, chuť k jídlu a tělesnou teplotu.

Narušení tohoto systému – například prací na směny nebo cestováním na velké vzdálenosti přes více časových a světelných zón u lidí – může mít vážné následky.

Předchozí studie spojují přetrvávající poruchy cirkadiánního rytmu se zvýšeným rizikem rakoviny, deprese a řady dalších zdravotních problémů.

Cirkadiánní systémy jsou v podstatě „trénovány“ vystavením světlu. Ačkoli vědci za posledních několik desetiletí učinili významný pokrok v identifikaci mechanismů odpovědných za cirkadiánní rytmy, zůstává nejasné, jak se pro ně mozek zapojí.

Aby se Kolodkin a Hattar dozvěděli více, společně s prvními autory studie Johnem Honiarou, Kat Daly a jejich kolegy prohledali databázi biologických molekul nalezených během vývoje v centru pro řízení cirkadiánních rytmů v mozku myši – suprachiasmatické jádro (SCN) .

Tato síť se nachází hluboko v mozku myši a lidského mozku v hypotalamu a nachází se v blízkosti oblastí, které kontrolují vidění, a vytváří spojení s mozkovými buňkami, které dávají vzniknout sítnici, části oka, která vnímá světlo.

Výzkumný tým se rychle zaměřil na buněčný povrchový protein zvaný Teneurin-3 (Tenm3), který je součástí větší rodiny proteinů, které hrají klíčové role v řadě okruhů zrakového systému a obecněji v dalších okruzích centrálního nervového systému.

Když vědci geneticky modifikovali myši, aby blokovaly produkci Tenm3, u zvířat se vyvinulo méně spojení mezi sítnicí a SNS ve srovnání se zvířaty s neporušeným Tenm3.

U myší postrádajících Tenm3 se však vyvinula mnohem větší konektivita mezi buňkami v jádru a kortexu SCN, kde má Tenm3 tendenci se lokalizovat.

Aby vědci zjistili, jak by Tenm3 mohl stabilizovat nebo narušit cirkadiánní rytmy i malým množstvím světla, navrhli soubor experimentů.

Nejprve vycvičili myši postrádající Tenm3 na 12hodinový cyklus světlo/tma, poté posunuli období tmy dopředu o šest hodin. Myším s neporušeným Tenm3 trvalo asi čtyři dny, než resetovaly jejich cirkadiánní rytmy s tímto posunem, měřeno pomocí diagnostických vzorců aktivity normálních spánkových cyklů. Zvířata bez Tenm3 se však adaptovala mnohem rychleji, asi za poloviční dobu.

Když vědci provedli podobný experiment s dvakrát slabším světlem než v předchozím testu, zdravým myším s Tenm3 trvalo asi osm dní, než upravily své biologické cykly, ale jen asi čtyři dny u myší bez Tenm3.

I pouhý 15minutový puls slabého světla stimuloval myši postrádající Tenm3 – ale ne myši s normálním proteinem Tenm3 – k produkci mozkové chemické látky, která funguje jako náhrada za vystavení světlu, což naznačuje zvýšenou citlivost na světelné podněty nezbytné pro aktivaci. Nebo resetovat biologické hodiny.

Tato zjištění naznačují autorům, že Tenm3 pomáhá zapojit mozek k udržení stabilních cirkadiánních rytmů, i když je vystavení světlu proměnlivé. Tím, že se vědci dozvědí více o tomto systému a úloze Tenm3, říká Hatter, mohou být vědci nakonec schopni diagnostikovat a léčit dysfunkce, které vedou k nespavosti a dalším poruchám spánku u lidí, nebo možná vyvinout léčbu pro jet lag.

„Existují velmi jasné důsledky pro lidské zdraví,“ říká.

Mezi další výzkumníky Johns Hopkins, kteří přispěli k této studii, patří Catherine Torres.

financování: Tato studie byla financována z grantů Národního institutu zdraví (R01EY032095) a programu intramurálního výzkumu na NIMH (ZIAMH002964).

O genetice a zprávách o výzkumu cirkadiánního rytmu

autor: Vanessa je moderátorka
zdroj: medicína Johnse Hopkinse
sdělení: Vanessa Wasta – medicína Johnse Hopkinse
obrázek: Obrázek připsán Neuroscience News

Původní vyhledávání: Otevřený přístup.
„Teneurin-3 reguluje tvorbu obrazotvorných zrakových okruhů a odezvu na světlo v suprachiasmatickém jádře„Od Alexe Kolodkina a spol. PLoS biologie

shrnutí

Teneurin-3 reguluje tvorbu obrazotvorných zrakových okruhů a odezvu na světlo v suprachiasmatickém jádře

Funkce zrakového systému závisí na vytvoření přesných spojení mezi axony gangliových buněk sítnice (RGC) a jejich centrálními cíli v mozku.

Ačkoli byl učiněn určitý pokrok v identifikaci molekul, které regulují konektivitu RGC potřebnou pro sestavení a funkci fototvorných obvodů, překvapivě málo je známo o faktorech, které jsou nutné pro vnitřně fotosenzitivní RGC (ipRGC) k zacílení klíčové složky nefotogenních obvodů. – Modulační obvody: suprachiasmatické jádro (SCN).

Kromě toho nejsou známy molekuly potřebné k vytvoření obvodů důležitých pro cirkadiánní chování v SCN. Zde poznamenáváme, že adhezní molekula Teneurin-3 (Tenm3) je vysoce exprimována ve vazoaktivních intestinálních peptidových (VIP) neuronech umístěných v bazální oblasti SCN.

Protože Tenm3 je vyžadován pro další aspekty vývoje vizuálního systému savců, zkoumáme role Tenm3 při regulaci konektivity a funkce ipRGC-SCN.

Naše výsledky ukazují, že Tenm3 negativně reguluje asociaci mezi VIP neurony a arginin vasopresinem (AVP) v SCN a je nezbytný pro M1 ipRGC axonální inervaci do SCN. Konkrétně v Tenm3^-/- U myší nacházíme sníženou ventromediální inervaci SCN.

I přes toto snížení Tenm3^-/- Myši mají vyšší citlivost na světlo a rychlejší přetrénování do fáze progrese, pravděpodobně kvůli zvýšené konektivitě mezi VIP a AVP neurony.

Tato data ukazují, že Tenm3 hraje klíčovou roli ve vývoji obvodů vizuálního systému netvořících obraz a že ovlivňuje reakce myší na světelné podněty s postupujícím světlem.