يلقي اكتشاف البروتين الضوء على إيقاعات الساعة البيولوجية

ملخص: حدد الباحثون بروتينًا مهمًا، Tenm3، في النظام البصري للفئران والذي يعمل على استقرار إيقاعات الساعة البيولوجية عن طريق تعديل استجابة الدماغ للضوء. وهذا الاكتشاف له آثار كبيرة على علاج اضطرابات النوم واضطراب الرحلات الجوية الطويلة.

تلعب إيقاعات الساعة البيولوجية دورًا مهمًا في تنظيم النوم واليقظة وسلوكيات الساعة البيولوجية الأخرى، ويمكن أن تؤدي الاضطرابات إلى مشاكل صحية.

ومن خلال فهم دور Tenm3، يهدف الباحثون إلى تطوير تدخلات لاضطرابات النوم واضطراب الرحلات الجوية الطويلة التي ستفيد صحة الإنسان في نهاية المطاف.

مفتاح الحقائق:

1. يساعد بروتين Tenm3 الموجود في النظام البصري الدماغ في الحفاظ على إيقاع الساعة البيولوجية المستقر، حتى في ظروف الإضاءة المتغيرة.
2. تظهر الفئران التي تفتقر إلى Tenm3 حساسية متزايدة لإشارات الضوء، مما يسمح بالتعديل السريع لإيقاعات الساعة البيولوجية.
3. هذا البحث له تطبيقات محتملة في تشخيص وعلاج اضطرابات النوم والتخفيف من آثار اضطراب الرحلات الجوية الطويلة لدى البشر.

مصدر: طب جونز هوبكنز

حدد العلماء في كلية الطب بجامعة جونز هوبكنز والمعاهد الوطنية للصحة بروتينًا في النظام البصري لدى الفئران يبدو أنه المفتاح لتحقيق الاستقرار في إيقاعات الساعة البيولوجية للجسم عن طريق جعل الدماغ يستجيب للضوء.

تم نشر النتيجة في 5 ديسمبر علم الأحياء PLoSيقول مؤلفو الدراسة إنه يعزز الجهود المبذولة لعلاج اضطرابات النوم واضطراب الرحلات الجوية الطويلة بشكل أفضل

“إذا تم تعديل إيقاعات الساعة البيولوجية مع كل تغير سريع في الضوء، مثل الكسوف أو يوم مظلم وممطر للغاية، فلن تكون فعالة جدًا في تنظيم السلوكيات الدورية مثل النوم والجوع.

وقال أليكس كولوتكين، دكتوراه، أستاذ علم الأعصاب في جامعة جونز هوبكنز والمدير المساعد للمعهد: “إن البروتين الذي اكتشفناه يساعد الدماغ أثناء التطور العصبي للسماح باستجابات مستقرة لتحديات إيقاع الساعة البيولوجية اليومية”. للعلوم الطبية الحيوية الأساسية.

سمر حتر، دكتوراه، رئيس قسم الضوء وإيقاعات الساعة البيولوجية في المعهد الوطني للطب النفسي. قاد كولوتكين الدراسة مع

لقد عرف العلماء منذ فترة طويلة أن معظم الكائنات الحية لديها “ساعة” يومية، وهي مجموعة من الإيقاعات البيولوجية التي تعمل على مدار 24 ساعة تقريبًا وتؤثر على اليقظة والنوم والشهية ودرجة حرارة الجسم، من بين سلوكيات دورية أخرى.

إن تعطيل هذا النظام – من خلال العمل بنظام الورديات أو السفر لمسافات طويلة لساعات طويلة والمناطق المضيئة لدى البشر، على سبيل المثال – يمكن أن يكون له عواقب وخيمة.

وربطت دراسات سابقة بين الاضطرابات في إيقاعات الساعة البيولوجية وزيادة خطر الإصابة بالسرطان والاكتئاب ومشاكل طبية أخرى.

يتم “تدريب” الأنظمة اليومية بشكل أساسي من خلال التعرض للضوء. على الرغم من أن الباحثين قد أحرزوا تقدمًا كبيرًا خلال العقود القليلة الماضية في تحديد الآليات المسؤولة عن إيقاعات الساعة البيولوجية، إلا أن كيفية ارتباط الدماغ بها لا تزال غير واضحة.

لمعرفة المزيد، قام جولوتكين وهاتر، جنبًا إلى جنب مع المؤلفين الأوائل للدراسة جون هونيارا وكيت دالي وزملائهما، بالبحث في قاعدة بيانات عن الجزيئات البيولوجية الموجودة أثناء التطور في مركز التحكم في إيقاعات الساعة البيولوجية في دماغ الفأر – النواة فوق التصالبية (SCN).

تقع هذه الشبكة عميقًا في كل من دماغ الفأر والإنسان في منطقة ما تحت المهاد، وتقع بالقرب من المناطق التي تتحكم في الرؤية وتقيم اتصالات مع خلايا الدماغ المؤدية إلى شبكية العين، وهو الجزء الحساس للضوء من العين.

ركز فريق البحث بسرعة على بروتين سطح الخلية المسمى Teneurin-3 (TenM3)، وهو جزء من عائلة كبيرة من البروتينات التي تلعب أدوارًا مهمة في تجميع دوائر الجهاز البصري ودوائر الجهاز العصبي المركزي الأخرى بشكل عام.

عندما قام الباحثون بتعديل الفئران وراثيا لمنع إنتاج Tenm3، شكلت الحيوانات اتصالات أقل بين شبكية العين والشبكة العصبية التائية الصغيرة، مقارنة بتلك التي لديها Tenm3 سليمة.

ومع ذلك، طورت الفئران التي تفتقر إلى Tenm3 المزيد من الاتصال بين الخلايا في قلب وقشرة SCN، حيث يميل Tenm3 إلى التوطين.

صمم العلماء مجموعة من التجارب لمعرفة كيف يعمل Tenm3 على تثبيت إيقاعات الساعة البيولوجية أو تعطيلها حتى بواسطة كمية صغيرة من الضوء.

في البداية، قاموا بتدريب الفئران التي تعاني من نقص Tenm3 على دورة ضوء/ظلام مدتها 12 ساعة، ثم غيروا فترة الظلام إلى ست ساعات. استغرقت الفئران التي لديها Tenm3 سليمًا حوالي أربعة أيام لعكس إيقاعات الساعة البيولوجية الخاصة بها، كما تم قياسها بالطرق الوظيفية التي تكشف دورات النوم الطبيعية. ومع ذلك، تعافت الحيوانات التي تفتقر إلى Tenm3 بشكل أسرع بكثير، في نصف الوقت.

عندما أجرى الباحثون تجربة مماثلة مع ضوء خافت مرتين مثل التجربة السابقة، استغرقت الفئران السليمة التي تحتوي على TenM3 حوالي ثمانية أيام لضبط دوراتها البيولوجية، ولكن حوالي أربعة أيام فقط للفئران التي تفتقر إلى TenM3.

حتى نبضة من الضوء الخافت مدتها 15 دقيقة حثت الفئران التي تفتقر إلى Tenm3 – ولكن ليس الفئران التي لديها بروتين Tenm3 طبيعي – على إنتاج مادة كيميائية في الدماغ تعمل كبديل للتعرض للضوء، مما يشير إلى حساسية أكبر لإشارات الضوء اللازمة للإعداد. أو إعادة ضبط الساعة البيولوجية.

تشير هذه النتائج للمؤلفين إلى أن Tenm3 يساعد الدماغ في الحفاظ على إيقاع الساعة البيولوجية المستقر حتى عندما يكون التعرض للضوء متغيرًا. ومن خلال معرفة المزيد عن هذا النظام ودور Tenm3، قد يتمكن الباحثون في النهاية من تحديد وعلاج العيوب التي تؤدي إلى الأرق واضطرابات النوم الأخرى، أو تطوير علاجات لاضطراب الرحلات الجوية الطويلة، كما يقول.

ويقول: “هناك آثار واضحة للغاية على صحة الإنسان”.

ومن بين الباحثين الآخرين في جامعة جونز هوبكنز الذين ساهموا في الدراسة كاثرين توريس.

تمويل: تم تمويل هذه الدراسة من المنح المقدمة من المعاهد الوطنية للصحة (R01EY032095) وبرنامج البحوث الداخلية في NIMH (ZIAMH002964).

حول أخبار أبحاث علم الوراثة والإيقاع اليومي

مؤلف: فانيسا فاستا
مصدر: طب جونز هوبكنز
اتصال: فانيسا فاستا – جونز هوبكنز ميديسن
صورة: يُنسب الفيلم إلى Neuronews

البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“ينظم Teneurin-3 تطور الدوائر البصرية غير الصورية والاستجابة للضوء في النواة فوق التصالبية.أليكس جولوتكين وآخرون. بلوس علم الأحياء

ملخص

ينظم Teneurin-3 تطور الدوائر البصرية غير الصورية والاستجابة للضوء في النواة فوق التصالبية.

تعتمد وظيفة الجهاز البصري على إنشاء اتصالات دقيقة بين محاور الخلايا العقدية الشبكية (RGC) وأهدافها المركزية في الدماغ.

على الرغم من إحراز بعض التقدم في تحديد الجزيئات التي تتحكم في اقتران RGC المطلوبة لتجميع ووظيفة دوائر تكوين الصورة، إلا أنه من المثير للدهشة أنه لا يُعرف سوى القليل عن العوامل المطلوبة لمستقبلات RGCs الضوئية الجوهرية (ipRGCs). – الدائرة التوليدية: النواة فوق التصالبية (SCN).

علاوة على ذلك، فإن الجزيئات المطلوبة لتشكيل الدوائر المهمة لسلوكيات الساعة البيولوجية داخل SCN غير معروفة. نلاحظ هنا أن جزيء الالتصاق Teneurin-3 (Tenm3) يتم التعبير عنه بشكل مفرط في الخلايا العصبية الببتيدية المعوية النشطة في الأوعية (VIP) الموجودة في المنطقة الوسطى من SCN.

نظرًا لأن Tenm3 مطلوب لجوانب أخرى من تطوير النظام البصري للثدييات، فسوف ندرس دور Tenm3 في تنظيم اقتران ipRGC-SCN ووظيفته.

تظهر نتائجنا أن Tenm3 ينظم سلبًا الاتصال بين الخلايا العصبية VIP والأرجينين فاسوبريسين (AVP) داخل SCN وهو ضروري لتعصيب محور عصبي M1 ipRGC إلى SCN. على وجه الخصوص، في Tenm3^-/- الفئران، نجد انخفاضًا في التعصيب البطني الإنسي لـ SCN.

وعلى الرغم من هذا التخفيض، Tenm3^-/- لقد زادت حساسية الجرذان للضوء وإعادة حساسيتها السريعة لتقدم الطور، ربما بسبب زيادة الاتصال بين الخلايا العصبية VIP وAVP.

تُظهر هذه البيانات أن Tenm3 يلعب دورًا مهمًا في توسيع دوائر النظام البصري غير المكونة للصورة وأنه يؤثر على استجابات الفئران لتحفيز الضوء المتقدم في الطور.