Znajdź zawartość
Wyświetlanie wyników dla tagów 'zegar biologiczny' .
Znaleziono 20 wyników
-
Znaleziono dowody bezpośrednio łączące hormon melatoninę z cukrzycą typu 2. Jak donoszą naukowcy z Imperial College London (ICL), osoby, u których występują rzadkie mutacje w receptorze melatoniny, są w większym stopniu zagrożone cukrzycą typu 2. O tym, że zegar biologiczny i melatonina mogą mieć coś wspólnego z cukrzycą, świadczą też pośrednio wyniki wcześniejszych badań. Wykazano m.in., że ludzie, którzy pracują na nocne zmiany, znajdują się w grupie podwyższonego ryzyka cukrzycy typu 2. Poza tym gdy u ochotników przez 3 dni z rzędu zaburzano sen, zaczynali przejściowo wykazywać objawy cukrzycy. W ramach najnowszego studium akademicy z ICL odkryli, że u osób z 4 rzadkimi mutacjami w genie receptora melatoniny MT-2 ryzyko wystąpienia cukrzycy typu 2. rośnie aż 6-krotnie. Ponieważ wydzielanie insuliny jest regulowane przez melatoninę, autorzy raportu opublikowanego w Nature Genetics uważają, że mutacje zaburzają związek między zegarem biologiczny a wyrzutem insuliny. Skutkiem tego są problemy z kontrolą poziomu glukozy we krwi. Odkryliśmy bardzo rzadkie warianty genów MT-2, które wywierają o wiele silniejszy wpływ niż znalezione wcześniej powszechniejsze wersje - wyjaśnia prof. Philippe Froguel. Na początku naukowcy z ICL oraz ich współpracownicy z Wielkiej Brytanii i Francji przyglądali się genowi MT-2 u 7.632 osób. Poszukiwali niezwykłych wariantów, które zwiększałyby ryzyko cukrzycy typu 2. W sumie odkryli 40 wariantów, w tym 4 bardzo rzadkie, ale kompletnie pozbawiające receptory zdolności reagowania na melatoninę. Następnie związek między mutacjami a cukrzycą potwierdzono na próbie kolejnych 11.854 badanych. Wpływ mutacji na działanie receptora MT-2 określano podczas eksperymentów na hodowlach ludzkich komórek.
-
Zaburzenie zegara biologicznego przyspiesza neurodegenerację
KopalniaWiedzy.pl dodał temat w dziale Medycyna
Zaburzenie działania zegarów biologicznych (rytmów okołodobowych) prowadzi do przyspieszonej neurodegeneracji, utraty funkcji motorycznych oraz przedwczesnej śmierci. Dotąd naukowcy zmagali się z dylematem w rodzaju jajka i kury, bo nie było wiadomo, czy problemy z zegarami biologicznymi są wynikiem, czy przyczyną chorób neurodegeneracyjnych, np. alzheimeryzmu czy choroby Huntingtona. Podczas eksperymentów wykazaliśmy, że nasilenie [akceleracja] problemów zdrowotnych następowało zarówno w ramach podejścia środowiskowego, jak i genetycznego - opowiada Kuntol Rakshit. Co prawda naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Oregonu (OSU) i Oregon Health and Science University prowadzili eksperymenty na muszkach owocowych, ale podkreślają, że między nimi a nami, ludźmi, istnieje wiele podobieństw. Niektóre z genów regulujących rytmy okołodobowe muszek okazały się na tyle ważne, że zostały zachowane mimo wielu lat odrębnej ewolucji i pełnią dokładnie te same funkcje u Homo sapiens. U muszek wykorzystanych w studium występowały dwie mutacje: jedna zaburzała rytmy okołodobowe, a druga prowadziła do rozwoju patologii mózgu podczas starzenia. W porównaniu do grupy kontrolnej, mutanty żyły 32-50% krócej, traciły sporo funkcji ruchowych, a w ich mózgach o wiele wcześniej pojawiały się liczne wakuole, czyli "dziury" w tkance. Jadwiga Giebultowicz uważa, że pogorszenie i utrata funkcji zegara biologicznego może być początkiem uszkadzającego cyklu. Kiedy zegar biologiczny zaczyna szwankować, rytmy, które regulują działanie i zdrowie komórek, ulegają zaburzeniu, a wiemy, że to sprzyja neurodegeneracji mózgu. Z drugiej jednak strony, neurodegeneracja może wywołać jeszcze więcej uszkodzeń zegara. Zdrowy zegar stanowiłby zabezpieczenie [...], jednak gdy go brakuje, proces uszkadzania przyspiesza. -
Kiedyś wydawało się, że rozregulowane rytmy biologiczne w depresji, zaburzeniach obsesyjno-kompulsywnych czy różnego rodzaju uzależnieniach, które prowadzą do zmiany cyklu snu i czuwania czy rytmów hormonalnych, to skutek procesu patologicznego leżącego u podłoża choroby. Najnowsze analizy wskazują jednak, że tak naprawdę mogą one być przyczynami i najpierw szwankuje zegar biologiczny, a dopiero później pojawiają się zaburzenia neuropsychiatryczne. Jerome S. Menet i prof. Michael Rosbash z Brandeis University dokonali przeglądu badań na ten temat, m.in. na myszach funkcjonujących na symulowanych nocnych zmianach. Analizowali aktywność zegarów komórkowych w różnych częściach mózgu. Okazało się, że zmieniła się ona w obrębie hipokampa, który jest zaangażowany m.in. w procesy pamięciowe, oraz odpowiadającego za emocje ciała migdałowatego. W innych wziętych pod uwagę przez Amerykanów eksperymentach hodowano myszy bez zegarów biologicznych oraz takie, które naprzemiennie wystawiano na oddziaływanie 10 godzin ciemności i 10 godzin światła dziennego. Naukowcy zauważyli, że zwierzęta z rozregulowanymi bądź genetycznie wyeliminowanymi rytmami biologicznymi były bardziej podatne na uzależnienie od narkotyków, nadaktywność, bezradność oraz zaburzenia snu. Niemal wszystkie struktury w mózgu mają zegary komórkowe – podkreśla Menet. Otrzymują one rytmiczne informacje, np. w postaci hormonu melatoniny, który jest wydzielany w ciemnościach przez szyszynkę i reguluje cykl snu-czuwania. U ludzi pracujących na zmiany działanie zegarów w całym ciele, w tym w mózgu, ulega zaburzeniu. Współczesny tryb życia prowadzi do aktywności czy jedzenia w okresie, który powinien być fazą spoczynkową. Wewnętrzne sygnały są więc generowane w niewłaściwym czasie, sprzecznym z sygnałami płynącymi z otoczenia, których timing pozostaje niezmienny. Kiedy wadliwie działa zegar w obrębie wątroby, u danej osoby może się rozwinąć zaburzenie metaboliczne, np. otyłość. Kiedy to samo dzieje się z zegarem w obrębie mózgu, ktoś staje się bardziej podatny na zaburzenia psychiczne.
-
Specjaliści z Brigham and Women's Hospital (BWH) zademonstrowali, że działanie płytek krwi jest koordynowane przez wewnętrzny zegar biologiczny. To on prowadzi do szczytu aktywacji trombocytów, który odpowiada porannemu szczytowi zdarzeń sercowo-naczyniowych, np. zawałów serca i udarów. Choroby sercowo-naczyniowe są nadal najważniejszą przyczyną zgonów w krajach rozwiniętych. Wiemy, że większość zdarzeń sercowo-naczyniowych nie występuje losowo, ale zdarza się częściej rano. Zrozumienie przyczyn leżących u podłoża porannego szczytu pozwoli skupić się na konkretnym mechanizmie i zmniejszyć ryzyko – podkreśla dr Frank Scheer. Amerykanie wyjaśniają, że wysoki poziom aktywacji płytek może prowadzić do poważnych zdarzeń sercowo-naczyniowych przez wpływ na krzepliwość krwi. Potrzeba kolejnych badań, aby ustalić, czy wzorzec okołodobowy, którego istnienie zademonstrowano u zdrowych osób, jest przesunięty w czasie lub ma inną amplitudę u pacjentów z chorobami sercowo-naczyniowymi. Podczas eksperymentu zastosowano protokół wymuszonej desynchronizacji. Młodych i zdrowych ludzi umieszczono w kontrolowanym środowisku z 20-godzinną dobą. Mieli w nim przeżyć 12 cykli mroku-światła. Naukowcy podkreślają, że wykorzystany protokół pozwolił oddzielić wpływ systemu okołodobowego od wpływu cyklu snu i czuwania oraz innych zmian środowiskowych/behawioralnych. Działanie trombocytów badano za pomocą cytometrii przepływowej, oceniano też stopień agregacji płytek. Zespół Scheera podejrzewa, że u podłoża porannego szczytu zdarzeń sercowo-naczyniowych leży więcej czynników. Stąd pomysł, by w niedalekiej przyszłości zbadać mechanizmy kontrolne zaangażowane w okołodobowy rytm działania trombocytów, rolę zegara biologicznego w innych czynnikach ryzyka sercowo-naczyniowego oraz zmiany kontroli okołodobowej w zakresie tych czynników w tzw. populacjach wrażliwych.
-
Z wiekiem obniża się płodność samic ptaków – składają mniej jaj i robią to później w sezonie lęgowym, przez co ich pisklęta mają ograniczony dostęp do pożywienia. Okazuje się, że zegar biologiczny można spowolnić. Warunkiem jest związanie się z odpowiednim samcem. Josh Auld z National Evolutionary Synthesis Center w Durham, jeden z autorów studium opisanego w internetowym wydaniu pisma Oikos, podkreśla, że dotąd dysponowano wieloma dowodami, które potwierdzały spadek płodności u samic, niewiele było jednak wiadomo o roli spełnianej przez samce. Sądzono, że samce się [w tej materii] nie liczą. Ale to nieprawda... Wyniki są bardzo nieoczekiwane. Trzeba się zastanowić, czy odnoszą się one ogólniej do wszystkich kręgowców – zaznacza Saran Twombly z Wydziału Biologii Środowiskowej amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki, która sfinansowała badania. W latach 1979-2007 na Korsyce obserwowano sikory modre, które składają jaja raz do roku i często za każdym razem ojcem zostaje inny samiec. Obrączkując ptaki i monitorując ich gniazda, ornitolodzy byli w stanie stwierdzić, kto z kim kopulował, jak wiele jaj zostało złożonych i kiedy oraz jak radziły sobie pisklęta. W ramach opisywanego studium naukowcy przeanalizowali dane dotyczące niemal 600 samic i 600 samców. Okazało się, że to, jak szybko spadała płodność samicy, zależało częściowo od jej partnera, a dokładniej mówiąc, nie tyle od jego wieku czy tożsamości, co od przeszłości reprodukcyjnej. Płodność samicy obniżała się wolniej, gdy spółkowała z młodym samcem, który miał po raz pierwszy zostać ojcem. Samice wiążące się ciągle z samcami wcześnie zaczynającymi swoją przygodę reprodukcyjną znajdowały się w zdecydowanie lepszej sytuacji. Nie starzały się tak szybko – podkreśla Auld. Wydaje się, że samce szybko zostające ojcami (w pierwszym roku życia) są zdrowsze lub bardziej doświadczone od samców odraczających początek życia płciowego. Współautorka studium Anne Charmantier z francuskiego National Center for Scientific Research uważa, że w grę może wchodzić np. mniejsze obciążenie pasożytami. Niewykluczone też, że doświadczone samce są nie tylko sprawne seksualnie, ale i lepiej sprawdzają się w roli rodziców.
-
Amerykańscy naukowcy wyizolowali związek, który może się stać lekarstwem na zespół nagłej zmiany strefy czasowej (ang. jet lag syndrome). Dr Steve Kay z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego tłumaczy, że w zwykłych warunkach wszystkie zegary dobowe stanowią symfonię biologicznych rytmów we wszystkich ludzkich narządach. Nadrzędny zegar biologiczny (endogenny oscylator) znajduje się w mieszących się w podwzgórzu parzystych jądrach nadskrzyżowaniowych (SCN, od łac. suprachiasmatici nuclei). Kontroluje on rytmy snu i czuwania oraz zmiany w temperaturze ciała. Układ sercowo naczyniowy ma swój własny zegar, który wpływa na ciśnienie krwi. Pozostałe oscylatory regulują inne rytmy metaboliczne; w trzustce np. produkcję insuliny w komórkach beta wysepek Langerhansa. Gdy człowiek doświadcza zespołu nagłej zmiany strefy czasowej, zegary przestają działać synchronicznie. Pojawiają się złe samopoczucie, dezorientacja, senność i ból głowy, zaburzenia apetytu czy niemożność skupienia uwagi. Zaburzenie rytmu dobowego może oznaczać nie tylko jet lag, ale i nowotwory czy cukrzycę, stąd powszechne wśród badaczy dążenie do zrozumienia i wyeliminowania tego zjawiska. Zespół poszukiwał substancji regulujących zegary biologiczne, wykorzystując gen odpowiadającej za bioluminescencję świetlików lucyferazy (tym samym stał się on genem reporterowym, inaczej wizualizacyjnym). Umieszczano go w komórkach raka kości. Gdy zegary biologiczne ulegały aktywacji, pojawiało się świecenie. Naukowcy przetestowali 120 tys. związków. W końcu natknęli się na longdejzynę (od ang. longdaysin), która znacznie spowalniała cykl. Longdejzyna jest pochodną puryny, heterocyklicznego, aromatycznego związku organicznego. Ekipa Kaya wyodrębniła też inne wpływające na zegary biologiczne substancje, ale longdejzyna miała najsilniejsze działanie. U larw danio pręgowanego potrafiła np. wydłużyć cykl aż o 10 godzin. Longdejzynę bez większych problemów zmodyfikowano chemicznie, by dało się ją później poddać chromatografii powinowactwa (ang. affinity chromatography), połączonej ze spektrometrią mas (ang. mass spectrometry). Chromatografia jest typem chromatografii adsorpcyjnej, w której wykorzystuje się powinowactwo dwóch substancji. W ten oto sposób akademicy ustalili, że celami logdejzyny są kinazy białkowe CKIδ, CKIα i ERK2. Do leków z longdejzyną lub podobnym związkiem jeszcze daleka droga. Kay spodziewa się, że pojawią się one dopiero w ciągu 15 lat. Tego typu medykamenty mogłyby spowalniać lub przyspieszać rytmy biologiczne, by pomóc organizmowi przystosować się do pracy na zmiany czy przeskakiwania stref czasowych.
-
Od jakiegoś czasu badania wskazywały, że istnieje związek pomiędzy nocnym oświetleniem a zachorowalnością na nowotwory, winne są tu zarówno mocne żarówki, świecące w naszych mieszkaniach, jak i nocne oświetlenie miasta, zwane „zanieczyszczeniem świetlnym". Eksperymenty izraelskich naukowców z University of Haifa potwierdzają tę zależność. Osoby wyeksponowane na nocne oświetlenie znacznie częściej zapadają na raka prostaty (w przypadku mężczyzn) lub piersi (w przypadku kobiet). Domniemanym mechanizmem wiążącym nocne światło z nowotworami są zakłócenia w produkcji melatoniny, hormonu wydzielanego przez szyszynkę podczas okresów braku światła. Melatonina reguluje sen, ale pełni także inne funkcje regulacyjne w naszym organizmie. Eksperyment na myszach, przeprowadzony przez izraelskich naukowców miał zweryfikować hipotezę melatoninową. Doświadczalnym gryzoniom wszczepiono komórki nowotworowe i podzielono je na cztery grupy. Pierwsza była wystawiona na „długie dni" czyli 16 godzin światła na dobę i tylko 8 godzin ciemności; druga grupa miała takie same warunki, ale była „leczona" dawkami melatoniny. Trzecia grupa żyła w warunkach 8 godzin „dnia" i 16 godzin ciemności; czwarta grupa miała podobną dobę jak trzecia, ale podczas nocy przerywano jej sen półgodzinnym okresem oświetlenia. U myszy mających krótki dzień rozwój nowotworu był najmniejszy, średni jego rozmiar po zakończeniu badań wynosił 0,85 cm sześciennego. U gryzoni, którym długa noc przerywano światłem rozmiar nowotworu wynosił średnio 1,84 cm sześc., zaś u myszy ze sztucznie przedłużonym dniem nowotwór rósł aż 5,92 cm sześc., co dowodzi powiązania tempa rozwoju nowotworu z przedłużoną ekspozycją na światło. O tym, że za mechanizm tego powiązania odpowiada melatonina, świadczy wynik dla myszy wystawionych na 16 godzin sztucznego dnia, ale leczonych dawkami melatoniny: rozwój nowotworu w ich przypadku wynosił 0,62 cm sześc., czyli podobnie (a nawet nieco mniej) niż u myszy mających krótkie dnie i spokojne noce. Również ilość zgonów w przypadku myszy leczonych hormonem była niższa, niż w pozostałych grupach. Nocne oświetlenie i sztucznie przedłużony dzień zakłóca nasz biologiczny zegar i produkcję hormonów - podsumowują wyniki autorzy badań. Nie jest jednak dokładnie znany mechanizm wiążący melatoninę z rozwojem komórek nowotworowych. Autorami studium są prof. Abraham Haim oraz współpracownicy: Fuad Fares, Adina Yokler, Orna Harel, Hagit Schwimmer.
-
Zaburzenie rytmu dobowego może prowadzić do problemów ze snem, zwiększa też ryzyko wystąpienia różnych chorób, w tym nowotworów. Pracę zegara biologicznego reguluje zestaw genów, a ich działanie można śledzić, ustalając stężenie matrycowego RNA (mRNA). Dotąd śledzenie ekspresji tych genów było dość trudne, ale dzięki wygodnej, rzetelnej i nieinwazyjnej metodzie japońskich naukowców wszystko powinno się zmienić. Wystarczy kilka włosów z głowy bądź z brody. Makoto Akashi z Yamaguchi University i inni odkryli, że odpowiednia ilość materiału, czyli komórek mieszków, znajduje się w 5 włosach z głowy i 3 z brody. Zespół przetestował technikę na pracownikach zmianowych, którzy na przestrzeni 3 tygodni co 7 dni rozpoczynali tygodniową zmianę nocną bądź dzienną. Okazało się, że choć w każdym tygodniu wzorce snu przesuwały się mniej więcej o 7 godzin, zegar biologiczny cofał się lub przyspieszał co najwyżej o 2 godziny. Jako że rezultaty są obiecujące, wszystko wskazuje na to, iż w przyszłości zgodność prowadzonego trybu życia z własnym zegarem biologicznym będziemy oceniać, oddając do laboratorium pukiel włosów...
-
Trzustka ma swój własny zegar molekularny. Specjaliści z Northwestern University wykazali, że reguluje on produkcję insuliny w komórkach beta wysepek Langerhansa. Jeśli jego praca ulega zaburzeniu, pojawia się cukrzyca (Nature). Wspomniany zegar biologiczny kontroluje rytmiczne działania białek i genów zaangażowanych w wydzielanie insuliny. Zdobyliśmy pierwszy dowód na to, jak zegar biologiczny może wpływać na rozwój cukrzycy. Biologiczne programy, który pozwalają zwierzętom pozyskiwać energię – podobnie jak fotosynteza u roślin – pozostają pod kontrolą zegara. Nasze odkrycia pomogą wykryć przyczyny anomalii glukozowych, ale jeszcze dużo musimy się nauczyć – wyjaśnia dr Joe Bass z Weinberg College of Arts and Sciences. Z Bassem i jego doktorantką Bilianą Marchevą współpracowali m.in. akademicy z Uniwersytetu Chicagowskiego. W ramach eksperymentu wyłączano geny zegara komórek beta myszy. Okazało się, że u zwierząt pojawiła się upośledzona tolerancja glukozy oraz anormalnie niski poziom insuliny. Zegar koordynuje procesy zarządzania cukrem, dlatego jego utrata zahamowała sekrecję hormonu. Zmienność wydzielania insuliny, jaką widzimy u ludzi oraz podatność na cukrzycę są prawdopodobnie związane z opisywanym mechanizmem zegarowym. [...] I teraz pojawia się następne pytanie: czy możemy to jakoś modulować? – zastanawia się endokrynolog Bass. Izolując trzustki i posługując się obrazowaniem bioluminescencyjnym z wykorzystaniem lucyferazy świetlików, naukowcy stwierdzili, że mają do czynienia z autonomicznym zegarem tego narządu. Dowodem jest nagrany przez nich 3-sekundowy filmik, na którym widać, że w hodowlach komórkowych światło było emitowane w stałym rytmie raz na dobę. Główny dobowy zegar biologiczny ssaków jest umiejscowiony w przedniej części podwzgórza, a dokładniej nad skrzyżowaniem nerwów wzrokowych, po obu stronach trzeciej komory mózgu. Są nim jądra nadskrzyżowaniowe (SCN, suprachiasmatic nuclei). Podobne mechanizmy znajdują się jednak także w różnych tkankach i organach: płucach, wątrobie, sercu, trzustce i mięśniach szkieletowych.
-
W organizmie człowieka wiele procesów życiowych, m.in. sen, produkcja hormonów czy regulacja temperatury ciała, przebiega w rytmie dobowym. Te genetycznie zaprogramowane wzorce działają nawet pod nieobecność następujących po sobie dni i nocy, a występują u niemal wszystkich organizmów. Naukowcy z MIT-u i Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) odkryli ostatnio, że u sinic rytmy dobowe określają tempo podziałów komórkowych. Sinice, zwane również cyjanobakteriami, prowadzą fotosyntezę, dlatego są bardziej aktywnie w ciągu dnia, a nocą przechodzą fazę spoczynku. U organizmów wielokomórkowych podział komórek jest niezbędny dla odnowy i naprawy uszkodzeń, ale niekontrolowane namnażanie prowadzi do nowotworów. Z tego powodu zrozumienie, jak komórki się dzielą, ma fundamentalne znaczenie – tłumaczy Susan Golden, profesor biologii molekularnej z UCSD. Dwanaście lat temu Golden i inni zidentyfikowali u sinic 3 białka regulujące zegar biologiczny. Istniały pewne dowody, że rytm okołodobowy kontroluje podziały komórkowe, ale nie było wiadomo, jaki dokładnie charakter ma ta zależność. Obecnie zespół pracujący pod kierownictwem prof. Alexandra van Oudenaardena z MIT-u stwierdził, że w stałym świetle o umiarkowanym natężeniu cyjanobakterie dzielą się średnio raz dziennie, a podziały mają miejsce głównie w połowie 24-godzinnego cyklu. Naukowcom udało się przyspieszyć dzielenie, wzmagając intensywność oświetlenia. W takich warunkach komórki nasilały fotosyntezę, co pozwalało im uzyskać większą ilość energii. Zaczynały się dzielić częściej, ale nadal w powiązaniu z zegarem biologicznym: w jednej czwartej i trzech czwartych cyklu. Amerykanie zauważyli, że we wszystkich warunkach po ok. 19 godzinach sinice wchodziły w fazę spoczynku. Akademicy przez tydzień śledzili rytmy dobowe pojedynczych komórek. Udało się to dzięki oznaczeniu protein zarządzających zegarem biologicznym żółtym fluorescencyjnym białkiem. W ten sposób w 24-godzinnym cyklu można było ustalić pozycję każdej komórki. Dodatkowo co 40 min komórki fotografowano, naukowcy wiedzieli więc, kiedy się dzieliły. Technika monitorowania pojedynczych komórek pozwoli w przyszłości ujawnić związki między rytmem okołodobowym a innymi cyklicznymi procesami komórkowymi, np. metabolizmem. Prof. Golden planuje dalsze eksperymenty na sinicach, jednak van Oudenaarden wspomina także o drożdżach i komórkach ludzkich. Wcześniej profesorski tandem opisał mechanizm molekularny, za pośrednictwem którego białka zegara biologicznego cyjanobakterii (KaiA, KaiB i KaiC) kontrolują cykl komórkowy. Okazało się, że regulują one aktywność czwartego białka FtsZ, nie dopuszczając do jego przemieszczania w okolice płaszczyzny równikowej i utworzenia pierścienia.
-
Liczne badania prowadzone w ostatnich dekadach potwierdzają, że wiele czynności, takich jak transkontynentalne podróże samolotem, mogą zaburzać działanie zegara biologicznego. O skutecznych metodach przywracania jego działania (oczywiście, mowa tu o sposobach innych niż po prostu czekanie) wiadomo jednak niewiele. Jak się jednak okazuje, przynajmniej niektóre cykle biologiczne organizmów ssaków można z łatwością regulować za pomocą... odpowiedniego odżywiania. Choć terminu "zegar biologiczny" używa się zwykle w liczbie pojedynczej, organizmy ssaków operują co najmniej kilkoma cyklami dobowymi. Jednym z nich, zawiadującym procesami pozyskiwania energii z różnych źródeł, zajął się magistrant Christopher Vollmers z Salk Institute. Młody naukowiec porównywał ze sobą dwie odmiany myszy: jedną z prawidłowo działającym głównym zegarem biologicznym, sterowanym przez mózg, oraz drugą, u której ten system nie działał prawidłowo. Celem eksperymentu było sprawdzenie, czy u zwierząt, których organizmy nie odróżniały poprawnie dnia od nocy, można wyregulować jeden z podrzędnych zegarów biologicznych, zarządzający syntezą enzymów odpowiedzialnych za rozkład tłuszczów (białka te są syntetyzowane głównie podczas postu) oraz cukrów (te z kolei wytwarzane są wtedy, gdy organizm ma dostęp do pokarmu). Jak się okazało, ustalenie regularnego cyklu dobowego składającego się z 8 godzin dostępu do pokarmu oraz 16 godzin postu pozwoliło u zwierząt z obu grup na niemal idealne wyregulowanie zegara biologicznego odpowiedzialnego za pozyskiwanie energii z pokarmów lub zapasów tłuszczu. Wszystko wskazuje na to, że po pewnym czasie organizmy myszy zaczęły oczekiwać zbliżającego się posiłku i z nieznacznym wyprzedzeniem aktywowały geny odpowiedzialne za rozkład cukrów. Kiedy zaś zbliżał się okres bez dotępu do pokarmu, wzrastał poziom enzymów odpowiedzialnych za rozkład tłuszczów - podstawowego rezerwuaru energii w czasie głodówki. Co ważne, zmiany aktywności badanych genów zachodziły w sposób cykliczny nawet u zwierząt z upośledzeniem naczelnego zegara biologicznego. Oznacza to, że dobowy cykl wykorzystywania energii działa w dużym stopniu niezależnie od mózgu i jednocześnie jest on zależny od diety. Badania przeprowadzone w Salk Institute są ważne nie tylko ze względów czysto poznawczych. Pokazują one także, jak ważne jest regularne odżywianie się i jak silnie może ono wpłynąć na optymalne wykorzystywanie energii przez organizm. Odkrycie dokonane przez Christophera Vollmersa jest więc ważną wskazówką na drodze do zrozumienia związku pomiędzy nieregularnym przyjmowaniem posiłków oraz nadwagą i otyłością.
-
Do niedawna wydawało się, że zasada działania najprostszej formy zegara biologicznego jest prosta: rytmiczne następowanie po sobie dnia i nocy powoduje stosowne zmiany w metabolizmie i "programuje" cykl naprzemiennego snu i czuwania. Na tym jednak nie koniec - badacze z amerykańskiego Rensselaer Polytechnic Institute donoszą, że praca naszego wewnętrznego czasomierza jest zależna nie tylko od intensywności światła, lecz także od jego barwy. Naukowcy dowiedli, że światło o niskiej długości fali, odpowiadające kolorem błękitowi nieba, wykazuje wysoką skuteczność stymulacji zegara biologicznego i "przestawiania" organizmu w tryb aktywności. Fale o innej częstotliwości pobudzają organizm znacznie słabiej i dlatego ekspozycja potrzebna do jego pobudzenia musi być znacznie dłuższa. Amerykanie odkryli jeszcze jedno ciekawe zjawisko, które nazwali "spektralnym przeciwieństwem" (ang. spectral opponency). Polega ono na znoszeniu wpływu światła o jednej barwie przez falę o innej częstotliwości. Oznacza to, że nieodpowiednio dobrane oświetlenie pomieszczeń, w których przebywamy, może nie tylko niedostatecznie nas pobudzać, ale wręcz usypiać. Aby udowodnić istnienie spektralnego przeciwieństwa, zaproszono do badania dziesięciu ochotników, z których każdy był kolejno eksponowany na różne rodzaje światła. W pierwszym eksperymencie oświetlano lewe oko światłem niebieskim i prawe światłem zielonym, w kolejnym zaś zamieniono lampy miejscami. Trzecia tura badania polegała na oświetleniu obojga oczu jednocześnie światłem niebieskim oraz zielonym, lecz intensywność obu strumieni zmniejszono o połowę. Po każdej z faz testu mierzono we krwi poziom melatoniny - hormonu odpowiedzialnego za wywołanie uczucia senności, wydzielanego naturalnie głównie po zmierzchu. Dzięki eksperymentowi udowodniono, że w dwóch pierwszych sytuacjach, a więc podczas oddzielnego oświetlania każdego z oczu światłem o innej barwie, nie dochodziło do wyraźnej zmiany poziomu melatoniny, co odpowiadało reakcji mózgu na warunki ekspozycji na intensywne światło w ciągu dnia. Nagły wzrost stężenia hormonu, wywołujący uczucie senności, zaobserwowano natomiast w wyniku oświetlenia obojga oczu światłem o identycznych parametrach, lecz o obniżonej jasności. Zdaniem badaczy, stało się tak dlatego, że oddziaływanie światłem o dwóch różnych długościach fali na jedno oko powoduje rozwój spektralnego przeciwieństwa. Główny autor badań, prof. Mariany Figueiro, uważa, że odkryte zjawisko ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia wpływu światła na regulację dobowego zegara biologicznego. Zdobyta wiedza może przydać się także projektantom pracującym nad udoskonaleniem systemów sztucznego oświetlenia, które umożliwi osobom pracującym na nocnej zmianie osiągnięcie wydajności pracy porównywalnej z kolegami pracującymi za dnia.
-
Zamiłowanie mieszkańców Kraju Kwitnącej Wiśni do miniaturyzacji jest znane w całym świecie. Wszystko wskazuje jednak na to, że nawet najmniejsze japońskie zegarki nie dorównują temu, który sami Japończycy odkryli niedawno... w komórce prymitywnej bakterii gatunku Synechococcus elongatus. Dzięki złożonemu z zaledwie kilku białek mechanizmowi bakteria steruje rytmem dobowym własnego życia. Jest to najprostszy odkryty dotąd zegar biologiczny i jednocześnie jedyny, którego pracę udało się zaobserwować na poziomie pojedynczych białek. Bakteria, o której mowa, należy do tzw. cyjanobakterii, występujących pospolicie w zbiornikach wodnych. Jest organizmem samożywnym, zdolnym do fotosyntezy. Szacuje się nawet, że 25% energii wytwarzanej drogą syntezy przez organizmy wodne jest powstaje właśnie dzięki S. elongatus. Nic dziwnego, że bakteria ta jest silnie uzależniona od rytmicznych zmian dnia i nocy. Sercem biologicznego zegara bakterii są trzy białka, nazwane KaiA, KaiB oraz KaiC. Japońscy badacze odkryli, że ostatnie białko podlega cyklicznie reakcji fosforylacji i defosforylacji (przyłączanie i odłączanie reszt kwasu fosforowego). Reakcje te regulują zdolność KaiC do tworzenia kompleksów, zwanych periodosomami (w wolnym tłumaczeniu byłyby to "ciałka okresowe"). Naukowcy zbadali dokładną strukturę powstających periodosomów i w ten sposób stworzyli prawdopodobny model regulacji rytmu dobowego przez bakterię. Dr Shuji Akiyama, główny autor odkrycia, opowiada: Pomimo radykalnego postępu w poznawaniu struktur białkowych, dokładny związek pomiędzy procesem składania i rozkładania, a fosforylacją KaiC nie był do niedawna dobrze znany. Było tak głównie dlatego, że ciężko jest zrozumieć złożone wewnątrzkomórkowe mechanizmy wyłącznie na podstawie statycznych obrazów pojedynczych komponentu zegara. Przełom nastąpił, gdy naukowcy wymyślili sposób na obserwację cząsteczek w czasie rzeczywistym. Aby to umożliwić, użyli techniki prześwietlania wąskimi strumieniami promieniowania X, czyli SAXS (od ang. Small-Angle X-ray Scattering). Dzięki temu zauważyli, że początkowa synchronizacja procesu zachodzi dzięki składaniu i rozbijaniu kompleksu białkowego. Gdy zegar zostanie "ustawiony", zadanie cyklicznej zmiany zachowań białek są zależne od fosforylacji i defosforylacji proteiny KaiC. Od obecności grupy fosforanowej przy białku zależy, czy pozostałe proteiny, czyli KaiA oraz KaiB, będą w stanie utworzyć kompleks razem z białkiem nadającym rytm procesowi. Z kolei cykliczne powstawanie i rozpad kompleksów są dla komórki informacją o upływie czasu. Dotychczas nie został poznany sposób, w jaki bakteria wykorzystuje informację o porze dnia lub nocy. Jest jednak niemal pewne, że utrzymanie tak złożonej maszynerii we własnych komórkach ma dla S. elongatus istotne znaczenie, tak samo, jak ważne jest dla wyższych organizmów.
-
Zegar biologiczny ukryty w komórkach skóry może ujawnić, czy nasz tryb życia jest dopasowany do jego wskazań. Wystarczy więc przeprowadzić biopsję i już wiadomo, czy dana osoba cierpi na zaburzenia snu lub rytmu dobowego i kim jest: sową czy skowronkiem. Zespół profesora Stevena Browna z Grupy Chronobiologii i Badań Snu Uniwersytetu w Zurychu opierał się na spostrzeżeniu, że podwzgórze (a konkretnie znajdujące się w nim jądra nadkrzyżowaniowe) działa jak centralny zegar, z którym synchronizują się zegary pojedynczych komórek. Wiadomo było, że w wyniku jego działania ich gen Bmal1 staje się bardziej aktywny w ciągu dnia. Aby sprawdzić, w jakim stopniu jedno zależy od drugiego, Szwajcarzy pobrali komórki skóry od 11 skowronków i 17 sów. Następnie wykorzystali wirusy, by wyposażyć je w gen świetlika umożliwiający świecenie. Dzięki temu komórki skóry zaczynały się jarzyć, gdy tylko Bmal1 stawał się aktywny. W rezultacie wydobywające się z nich światło zmieniało się w rytmie dobowym. Monitorując czas świecenia, naukowcy wykazali, że co najmniej u połowy wolontariuszy wzorce snu-czuwania komórek skóry były identyczne z opisami uzyskanymi po wypełnieniu kwestionariuszy. Zaobserwowano też istnienie rozbieżności. Dotyczyło to zwłaszcza 3 osób z sezonowymi zaburzeniami afektywnymi, czyli inaczej mówiąc, depresją sezonową (Proceedings of the National Academy of Sciences). Komórki skóry od osób wstających bardzo wcześnie świeciły najkrócej, a te pobrane od zwlekających się z łóżka najpóźniej jarzyły się dla odmiany najdłużej. Profesor Brown zachwyca się tym, że badając komórki z peryferii, można uzyskać wgląd w to, co dzieje się w mózgu...
-
Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine zidentyfikowali pojedynczy aminokwas, odpowiadający za włączanie i wyłączanie genów regulujących zegar biologiczny (Nature). Szef zespołu badawczego, profesor Paolo Sassone-Corsi, zachwyca się precyzyjnością opisywanego mechanizmu. Szacuje się, że zegar biologiczny kontroluje do 15% wszystkich ludzkich genów. Dlatego też zaburzenie rytmów dobowych może oznaczać depresję, bezsenność, nowotwory, choroby serca, a nawet choroby neurodegeneracyjne. Sam zegar biologiczny jest kontrolowany przez geny CLOCK (czyli ZEGAR) oraz BMAL1. Niedawno wykazano, że pojedynczy aminokwas białka kodowanego przez drugi z nich podlega modyfikacji, a następnie uruchamia szereg zmian w aktywności innych genów. W ten sposób są regulowane rytmy dobowe. Gdy z jakiegoś powodu modyfikacja nie może zostać przeprowadzona lub coś ją zakłóca, mechanizm przełączający nie działa prawidłowo i wszystko zaczyna szwankować. Obecnie trwają testy przeciwciał, które wpływałyby na opisywany aminokwas. Gdyby zakończyły się pozytywnie, można by zindywidualizować leczenie zaburzeń snu. Mimo że wyróżnia się 89 ich rodzajów, wszystkie są leczone bardzo podobnie. Wykorzystuje się do tego celu benzodiazepiny, które wpływają na neurony GABA-ergiczne. GABA (kwas γ-aminomasłowy) jest jednym z neuroprzekaźników.
-
Biolodzy uważają, że zegar biologiczny zatrzymuje się na czas zimowej hibernacji. Zjawisko to zaobserwowano u chomików europejskich (Cricetus cricetus). To największy gatunek tych gryzoni, rzadko hodowany w niewoli. U zahibernowanego zwierzęcia mózg funkcjonuje jak w czasie snu, zwalnia też metabolizm. Temperatura wewnętrzna spada np. u susłów północnych poniżej punktu zamarzania. Uznaje się, że hibernacja wyewoluowała ze snu jako forma oszczędzania energii zimową porą. Wyniki niektórych badań wskazywały, że temperatura ciała nadal wzrasta i maleje w cyklu dobowym, jednak zmiany te nie są tak duże, jak w normalnych warunkach. Nikt nie sprawdzał natomiast, co dzieje się w samym zahibernowanym mózgu ani nie przyglądał się aktywności genów kontrolujących zegar biologiczny. Florent Revel i Paul Pévet z Uniwersytetu Ludwika Pasteura w Strasburgu analizowali wpływ hibernacji na mózg wspomnianego chomika europejskiego. Okres między grudniem a marcem zwierzę to spędza zakopane w swojej norze. Na powierzchnię wychodzi tylko od czasu do czasu: 3-4-dniowy okres hibernacji przeplata się z 2-3 dniami aktywności. Zespół biologów sztucznie wywołał u gryzoni hibernację, wyłączając w laboratorium światło i obniżając temperaturę do 8 stopni Celsjusza. Następnie określano aktywność 4 regulujących zegar biologiczny genów: Per1, Per2, Bmal1 i genu wazopresyny argininowej (ADH). Wszystkie znajdują się w zlokalizowanym w przedniej części podwzgórza parzystym jądrze nadskrzyżowaniowym (SCN, suprachiasmatic nuclei). W czasie hibernacji ich aktywność utrzymywała się na stałym poziomie, w normalnych warunkach podlega natomiast dobowym fluktuacjom (Proceedings of the National Academy of Science). Po raz pierwszy zidentyfikowaliśmy stan fizjologiczny, w którym zegar biologiczny nie działa – emocjonuje się Pévet. Inni eksperci zgłaszają jednak pewne wątpliwości. Craig Heller z Uniwersytetu Stanforda badał rytmy dobowe u zahibernowanych wiewiórek z gatunku Spermophilus lateralis. Jego zdaniem, badania Francuzów są interesujące, ale ich wyniki mogą się nie odnosić do gatunków innych niż chomik europejski. Poza tym monitorowanie aktywacji genów w mózgu może nie być dostatecznie czułą metodą oceny cyklów dobowych organizmu. Niewykluczone, że łatwiej jest wychwycić niewielkie zmiany w temperaturze niż aktywności molekularnej. Pévet akceptuje zgłaszane uwagi, lecz jednocześnie uważa, że zrozumienie hibernacji i jej związków z rytmami dobowymi pozwoli lekarzom wprowadzać pacjentów w podobny stan w czasie operacji.
-
Wyjątkowo złe samopoczucie po podróży lotniczej (ang. jet lag) jest prawdopodobnie spowodowane nieprawidłowym dostosowaniem się organizmu do zmiany strefy czasowej (następuje swego rodzaju "przestrzelenie"). Według naukowców z University of Massachusetts w Amherst, aby ułatwić ciału przywyknięcie do nowych warunków, skoki w czasie nie powinny być większe niż 4 godziny. Bazujące na szczurach badanie rytmu dobowego wykazało, że w takich warunkach zegar biologiczny płynnie przesuwa się do przodu. Jet lag nie jest straszliwą rzeczą, z którą musimy walczyć, a nasz zegar [biologiczny — przyp. red.] jest na pewnym podstawowym poziomie niezwykle istotnym regulatorem — powiedziała w oświadczeniu Hava Siegelmann. Wpływając na zachowania podlegające rytmowi dobowemu, leki działające na zegar biologiczny dają efekty odwrotne od zamierzonych. Zamiast tego lepiej, jeśli leci się dłużej niż 6 godzin, zrobić sobie przerwę, odpocząć jeden dzień i dopiero wtedy kontynuować podróż. Trzeba zrozumieć i dostosować się do naturalnych oscylacji w funkcjonowaniu ciała — doradza Siegelmann. Wyniki badań amerykańskiego zespołu są również istotne dla osób pracujących na zmiany, np. dla pracowników linii lotniczych czy lekarzy lub pielęgniarek, ponieważ organizm trudniej przyzwyczaja się do pewnych zmian. Zainteresowani mogą poczytać o szczegółach na łamach aktualnego wydania Journal of Biological Rhythms.
-
W poniedziałek rozpoczęcie roku szkolnego. Rodzice rzucili się nie tylko w wir zakupów podręczników i innych potrzebnych rzeczy. Coraz częściej napominają dzieci, żeby kładły się wcześniej spać, by stopniowo przyzwyczajały się do rannego wstawania. Dla nastolatków z zaburzeniem snu zwanym zespołem opóźnionej fazy snu (DSPS od ang. delayed sleep phase syndrome) nie jest to wcale takie proste. Dr Grace Pien z Wydziału Badań nad Snem University of Pennsylvania uważa, że wiele nastolatków woli pójść do łóżka później, młody organizm nadal potrzebuje jednak od 8 do 9 godzin snu. Ostatnie badania pokazują, że dorastający człowiek nie potrafi tak trafnie ocenić swojego zapotrzebowania na sen jak młodzi czy starsi dorośli. Według Pien, jeśli nastolatek nie może często zasnąć do 2-3 nad ranem, należy zasięgnąć porady specjalisty. Zespół opóźnionej fazy snu dotyczy 7-16% młodzieży i młodych dorosłych, rzadziej występuje wśród starszych osób. Przez borykającego się z tym zaburzeniem człowieka (nocnego marka, który nie tylko późno zasypia, ale i późno wstaje) jest on często postrzegany jako bezsenność. DSPS należy do większej grupy chronobiologicznych zaburzeń snu. U chorego zegar biologiczny jest nastawiony na czuwanie z kilkugodzinnym przesunięciem w stosunku do pozostałych ludzi. Na razie nie wynaleziono skutecznego lekarstwa na tę przypadłość, można jednak próbować w odpowiedni sposób modyfikować zachowanie, co z pewnością ułatwi zasypianie. Należy zatem, jak doradzają naukowcy, ograniczyć spożycie napojów kofeinowych, nie gimnastykować się blisko pory, kiedy byłoby dobrze położyć się do łóżka, ograniczyć ekspozycję na działanie monitorów komputerowych oraz ekranów telewizorów. W niektórych przypadkach stosuje się leki lub fototerapię. Światło hamuje bowiem wydzielanie melatoniny, hormonu snu. W ten sposób przestawia się o odpowiednią liczbę godzin zegar biologiczny pacjenta, pozwalając mu zasnąć o odpowiedniej porze. Melatonina jest hormonem szyszynkowym. Jest wytwarzana tylko w nocy (lub podczas sztucznego zaciemnienia).
-
Ryzyko udaru rośnie dwa razy dziennie. Jest ono największe między 6 a 8 rano i wieczorem, a najmniejsze podczas snu. Eksperci uważają, że na okresy zagrożenia udarem wpływa zegar biologiczny. W studium wzięło udział 12.957 pacjentów, którzy po raz pierwszy przeszli jeden z 3 typów udarów. Największą grupę stanowili ludzie po udarze mózgu (7575 osób), kiedy zostaje ograniczony dopływ krwi do mózgu. Krwawienie wewnątrzmózgowe odnotowano w 3852 przypadkach. Krwotok podpajęczynówkowy, kiedy mamy do czynienia z krwawieniem z naczyń pokrywających powierzchnię mózgu, wystąpił u 1530 osób. Badacze podzielili dobę na dwa 12-godzinne okresy i odkryli, że wśród wszystkich rodzajów udarów można odnotować 2 szczyty: rano i wczesnym wieczorem. Po dokładniejszej analizie okazało się, że w przypadku udarów mózgu, odwrotnie niż w przypadku pozostałych dwóch rozważanych typów, większy skok następował rano, a wieczorny był mniejszy. Według wyników badań, co 5. udar mózgu występuje podczas snu, lecz większość przypadków odnotowuje się tuż przed przebudzeniem. Naukowcy sądzą jednak, że początek udaru ma miejsce wcześniej. Sen obniża ciśnienie krwi, co zmniejsza ryzyko udaru, ale, według badaczy, niskie ciśnienie również stanowi czynnik ryzyka udaru mózgu. Szczegółowe wyniki ukażą się na łamach Journal of Neurology Neurosurgery and Psychiatry.
-
Zarzucenie zwyczaju regularnego nocnego podjadania może być trudne. I to nie tylko ze względu na stopień zakorzenienia nawyku, ale również dlatego, że wywołał on genetyczne zmiany w mózgu, które sprawiają, iż o określonej porze czekamy na jedzenie. Poprzez trenowanie myszy, by jadły o porach, w których normalnie tego nie robiły, badacze z UT Southwestern Medical Center odkryli, że pokarm włącza geny zegarów biologicznych w określonych regionach mózgu. Nawet kiedy przestawano karmić gryzonie, geny dalej aktywowały się w porze oczekiwanego posiłku. To może być początek procesu wyjaśniania, jak warunki metaboliczne mogą się zsynchronizować z zegarem biologicznym — mówi dr Masashi Yanagisawa, współautor badania (szczegółowe wyniki opublikowano w datowanym na 8 sierpnia wydaniu Proceedings of the National Academy of Sciences). Czuwanie, sen, jedzenie i inne procesy fizjologiczne są regulowane przez wiele czynników zewnętrznych oraz wewnętrznych. Mają one rytm dobowy, czyli 24-godzinny. Jedną z klas genów zaangażowanych w opisywany cykl są tzw. geny Per (od angielskiego period, a więc okres). Gdy pożywienia jest pod dostatkiem, czynnikiem najsilniej oddziałującym na odżywianie jest światło, regulujące m.in. rytm snu i czuwania. Wpływa ono na część mózgu zwaną jądrem nadskrzyżowaniowym (SCN, suprachiasmatic nuclei). Ponieważ jednak zniszczenie SCN nie wpływa na zegar biologiczny, który reguluje zachowania związane z jedzeniem, dobowy "kontroler" odżywiania musi się znajdować gdzie indziej — uznaje Yanagisawa. Podczas eksperymentu naukowcy ustalili harmonogram regularnego karmienia. Potem zbadali tkankę mózgu, by sprawdzić, w jakim jego rejonie geny Per zsynchronizowały się z porami karmienia. Badacze podzielili dzień na 12-godzinną porę jasną (odpowiednik dnia) i 12-godzinną porę ciemną (odpowiednik nocy). Karmienie odbywało się w połowie pory jasnej (przez cztery godziny). Ponieważ myszy normalnie jedzą w nocy, taki schemat karmienia jest podobny do ludzkiego jedzenia o niewłaściwych porach. W przypadku naszego gatunku dysfunkcjonalne nawyki żywieniowe w znacznym stopniu przyczyniają się do otyłości. U otyłych osób szczególnie często spotyka się pojadanie w nocy, zauważają naukowcy. Karmione w opisany wyżej sposób myszy szybko się do tego przyzwyczaiły i zaczynały szukać jedzenia na 2 godziny przed porą posiłku. Odeszły także od swoich normalnych dziennych/nocnych zachowań, ignorując naturalne wskazówki, że dzień jest porą snu. Po kilku dniach badacze odkryli, że dobowy cykl aktywacji genów Per w jądrach nadskrzyżowaniowych nie uległ zmianie wskutek wprowadzonego harmonogramu odżywiania. Jednak w innych obszarach mózgu, zwłaszcza w jądrze grzbietowo-przyśrodkowym podwzgórza (ang. dorsomedial hypothalamic nucleus, DMH), po tygodniu aktywność genów Per dostosowała się do pór karmienia. Kiedy myszy nie jadły przez dwa dni, geny nadal uaktywniały się o stałej porze, a zwierzęta na kilka godzin przed oczekiwanym posiłkiem przejawiały zachowania antycypacyjne ("przewidujące"). Gdzieś w ciele zapamiętały one dokładnie tę porę dnia — podsumowuje dr Yanagisawa.