Поиск публикаций  |  Научные конференции и семинары  |  Новости науки  |  Научная сеть
Новости науки - Комментарии ученых и экспертов, мнения, научные блоги
Реклама на проекте

Предложена гипотеза, объясняющая механизм синхронизации биоритмов в организме

Friday, 03 December, 00:12, wolf-kitses.livejournal.com
 Вера Башмакова Все животные, за исключением теплокровных (см. гомойотермия), подлаживают свои циркадные ритмы под колебания не только света, но и температуры окружающей среды. А теплокровные, сохранив чувствительность ритмов к свету, каким-то образом научились не реагировать на внешние температурные колебания. Они могут позволить себе роскошь поддерживать температуру тела на одном уровне и даже немного менять ее в зависимости от времени суток. Такая их способность связана с супрахиазматическим ядром (СХЯ) — главными внутренними часами организма. Американским ученым удалось показать, что СХЯ управляет работой периферических внутренних часов (то есть ритмами различных систем организма), меняя температуру тела.Рисунок 1. Супрахиазматическое ядро гипоталамуса. Желтая линия разделяет его дорсомедиальную (dorsal) и вентролатеральную (ventral) части. Изображение из обсуждаемой статьи в Science Сейчас мы знаем, что у большинства клеток млекопитающих есть собственные «внутренние часики» — даже в культуре в клетках сохраняются циклические колебания уровня различных веществ. Работа этих периферических «часиков» во всём организме синхронизируется с помощью «главных часов» — супрахиазматического ядра. Но вот каков механизм этой синхронизации, оставалось неясным.Между тем, о суточных ритмах известны две важные вещи. Во-первых, практически все связанные с ними изменения в организме теплокровных животных — двигательная и пищевая активность, уровень метаболизма — сопровождаются также и изменением температуры тела (имеется в виду не поверхностная температура, которая значительно меняется в зависимости от окружающих условий, а температура глубоких тканей — так называемого «ядра» тела). Во-вторых, некоторое время назад было показано, что у клеток периферийных тканей млекопитающих, помещенных в культуру, изменение температуры в физиологических пределах от 36°C до 38,5°C (примерно так меняется температура ядра тела в течение суток) сдвигает ритмы «внутренних часиков».На основании двух этих фактов группа ученых под руководством Джозефа Такахаши (он известен своими работами, посвященными суточным ритмам; в частности, он открыл ген CLOCK) выдвинула изящную гипотезу: а что если СХЯ синхронизирует суточные ритмы в периферических тканях, просто меняя в ту или иную сторону температуру тела? Поскольку температура меняется одновременно по всему телу и все периферические часы чувствительны к ее изменениям, она — универсальное и очень удобное орудие для управления биоритмами. Сдвиг температуры в ту или другую сторону может запускать в каждой ткани свои метаболические изменения, которые отразятся на суточных ритмах.Предположение очень красивое, но вот с его прямым подтверждением in vivo возникают большие трудности. Суточные ритмы настолько крепко связаны с температурой, что спланировать эксперимент так, чтобы он выключил температурные изменения, но во всём прочем оставил биоритмы в неприкосновенности, необычайно трудно, если вообще возможно. Косвенно подтвердить гипотезу можно было бы, если бы удалось показать, что суточные ритмы в супрахиазматическом ядре не сдвигаются в ответ на изменение температуры — то есть что само СХЯ неуязвимо для «оружия» (температуры), с помощью которого оно управляет «подчиненными» (периферическими «часиками»).Чтобы проверить это, исследователи создали линию мышей, в клетках которых можно было измерить уровень белка Per2 (по нему легко определять фазу суточных ритмов). Измерение это проводилось элегантным способом — с помощью люциферазы (фермента, катализирующего биолюминисценцию), встроенной в геном под контролем промотора Per2. Таким образом, чем выше был уровень белка, тем сильнее светились клетки. Эксперименты проходили ex vivo — то есть на тканях, извлеченных из организма и помещенных в искусственную среду.Выяснилось, что СХЯ проявляет необычайную устойчивость к температурным скачкам — при изменениях температуры в физиологических пределах суточные ритмы в нём не сдвигаются. В то же время, ритмы в легких и гипофизе заметно подстраивались под температурные изменения. Один из экспериментов — пожалуй, самый красивый! — показывал, как биоритмы гипофиза, а также легких, можно заставить колебаться с противоположной фазой, поставив их в условия противоположных по фазе температурных циклов. В то же время, на СХЯ такие изменения температуры не влияют, и оно остается верным своим первоначальным ритмам.Рисунок 2. Выдерживание при температурных циклах, противоположных по фазе, заставляет «колебаться в разные стороны» суточные ритмы в гипофизе (pituitary) и в легких (lung), но не в супрахиазматическом ядре(SCN). По горизонтальной оси — время в днях, по вертикальной — нормализованная люминесценция. Температурные циклы состояли из 12 часов при 36°C и 12 часов при 38,5°C и были противоположны по фазе. Изображение из обсуждаемой статьи в Science Полученные данные косвенно подтверждали первоначальную гипотезу. Но исследователи не остановились на этом и попробовали выяснить, каким же образом температурные скачки сдвигают ритмы в периферических часах и как «главным часам» — супрахиазматическому ядру — удается не реагировать на изменения температуры. Ведь основные молекулярные механизмы, обеспечивающие цикличность, почти (если не совсем) одинаковы и у периферических клеток, и у клеток супрахиазматического ядра. Тем не менее СХЯ каким-то образом ухитряется реагировать на температуру не так, как периферические «часики». В большой серии экспериментов удалось выяснить следующее.Во-первых, причина температурной устойчивости супрахиазматического ядра — в межклеточных взаимодействиях. Если их нарушить (с помощью блокаторов некоторых ионных каналов), температурные скачки начнут влиять на ритмы СХЯ.Во-вторых, для температурной устойчивости СХЯ критически важна связь между двумя его частями — дорсомедиальной и вентролатеральной (рисунок 1). В норме вентролатеральная часть получает сигналы от меланопсиновых клеток сетчатки (см. Photosensitive ganglion cell) и таким образом «подгоняет» свои циклы под световой день, а дорсомедиальная, судя по всему, имеет свой собственный, независимый от света, примерно 24-часовой цикл. Общаясь между собой, эти части ядра вырабатывают общий ритм. Если нарушить связь между дорсомедиальной и вентролатеральной частями СХЯ, произойдет примерно то же, что и при блокировке межклеточных взаимодействий: изменения температуры будут вызывать изменения ритмов во всём СХЯ.И наконец, в-третьих. С регуляцией биоритмов при помощи температуры каким-то образом связан метаболический путь теплового шока (см. Белки теплового шока). Это один из важных метаболических путей, регулирующих жизнедеятельность клетки, который включается, когда она оказывается в стрессовой ситуации (например, при повышенной температуре). Путь этот очень «температурно чуткий», и поэтому неудивительно, что он вовлечен в температурную регуляцию циркадных ритмов.Хотя полученные данные не позволяют окончательно подтвердить гипотезу о синхронизации биоритмов с помощью изменений температуры, они косвенно свидетельствуют в ее пользу. Остается ждать последующих экспериментов, которые, возможно, дадут более весомые доказательства.Источник: Ethan D. Buhr, Seung-Hee Yoo, Joseph S. Takahashi. Temperature as a Universal Resetting Cue for Mammalian Circadian Oscillators. // Science. 2010. V. 330. P. 379–385.http://elementy.ru/news?newsid=431454  
Читать полную новость с источника 

Комментарии (0)