Mechanizm genetyczny: jak działają nasze wewnętrzne zegary

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 04:07

Wszyscy słyszeli o wewnętrznym zegarze, ale niewiele osób wie, jak on działa. Dwie grupy naukowców ze Stanów Zjednoczonych przeprowadziły szeroko zakrojone badania, aby zrozumieć, jak działają nasze zegary i jaki jest ich wpływ na organizm.

Przez cały dzień słuchamy „tykania” zegara w naszym ciele. To właśnie to budzi nas rano i sprawia, że czujemy się senni w nocy. To właśnie ona w odpowiednim czasie podnosi i obniża temperaturę naszego ciała, reguluje produkcję insuliny i innych hormonów.

Wewnętrzny zegar ciała, samo tykanie, które odczuwamy, jest również nazywany rytmami dobowymi.

Te rytmy wpływają nawet na nasze myśli i uczucia. Psychologowie badają ich wpływ na ludzki mózg, zmuszając ochotników do wykonywania testów poznawczych o różnych porach dnia.

Okazało się, że poranek to najlepsza pora na wykonywanie zadań, które wymagają od mózgu wielozadaniowości. Jeśli potrzebujesz mieć w głowie kilka warstw informacji na raz i szybko je przetwarzać, powinieneś zacząć pracę na początku dnia. Ale druga połowa dnia dobrze nadaje się do wykonywania prostych i zrozumiałych zadań.

Rytmy dobowe mają również ogromny wpływ na osoby cierpiące na depresję lub chorobę afektywną dwubiegunową. Osoby z tymi problemami nie śpią dobrze i odczuwają potrzebę picia przez cały dzień. Niektórzy pacjenci z demencją doświadczają specjalnego „efektu zachodu słońca”: pod koniec dnia stają się agresywni lub tracą czas i przestrzeń.

„Cykle snu i aktywności są krytyczną częścią choroby psychicznej” - mówi Huda Akil, neurobiolog z University of Michigan. Dlatego neurobiolodzy starają się zrozumieć, jak działają nasze wewnętrzne zegary i jaki mają wpływ na nasz mózg. Ale naukowcy nie mogą po prostu otworzyć czaszki i obserwować, jak komórki pracują przez całą dobę.

Kilka lat temu Uniwersytet Kalifornijski przekazał do badań mózgi, które zostały starannie zakonserwowane po śmierci dawców. Niektórzy zginęli wczesnym rankiem, inni po południu lub w nocy. Dr Akil i jej współpracownicy postanowili zbadać, czy jeden mózg różni się od drugiego i czy różnica ta zależy od momentu śmierci dawcy.

„Może nasze przypuszczenie wyda ci się proste, ale z jakiegoś powodu nikt wcześniej o tym nie pomyślał” – mówi dr Akil.

Wraz z kolegami wybrała próbki mózgu od 55 zdrowych osób, które zginęły w nagłym wypadku, takim jak wypadek samochodowy. Z każdego mózgu naukowcy pobrali próbki tkanek z płatów odpowiedzialnych za uczenie się, pamięć i emocje.

W momencie śmierci dawcy geny w komórkach mózgowych aktywnie kodowały białko. Dzięki temu, że mózg został szybko zachowany, naukowcy są w stanie ocenić aktywność genów w momencie śmierci.

Większość genów testowanych przez naukowców nie wykazywała żadnego wzorca w ich działaniu w ciągu dnia. Jednak ponad 1000 genów wykazuje dzienny cykl aktywności. Mózgi tych ludzi, którzy zmarli o tej samej porze dnia, wykazywały działanie tych samych genów.

Wzorce aktywności były prawie identyczne, do tego stopnia, że można je było wykorzystać jako znacznik czasu. Dzięki pomiarowi aktywności tych genów prawie bezbłędne było ustalenie, w którym momencie dana osoba zmarła.

Następnie naukowcy przetestowali mózgi tych dawców, którzy cierpieli na depresję kliniczną. Tutaj znacznik czasu nie został po prostu usunięty: wydawało się, że ci pacjenci mieszkali albo w Niemczech, albo w Japonii, ale nie w Stanach Zjednoczonych.

Wyniki wykonanej pracy zostały opublikowane w 2013 roku. Zainspirowali się nimi naukowcy z University of Pittsburgh i próbowali odtworzyć eksperyment.

„Nie mogliśmy wcześniej pomyśleć o takim badaniu” – mówi neurolog Colleen McClung. Dr McKlang i jej koledzy byli w stanie przetestować 146 próbek mózgu z uniwersyteckiego programu darczyńców. Wyniki eksperymentu zostały opublikowane całkiem niedawno.

Ale zespół dr McClanga był w stanie nie tylko powtórzyć wyniki poprzedniego eksperymentu, ale także uzyskać nowe dane. Porównali wzorce aktywności genów w mózgach młodych i starszych ludzi i odkryli intrygującą różnicę.

Naukowcy mieli nadzieję znaleźć odpowiedź na pytanie: dlaczego rytm dobowy człowieka zmienia się wraz z wiekiem? W końcu wraz z wiekiem aktywność maleje, a rytmy się zmieniają. Dr McClang odkrył, że niektóre z genów, które były najbardziej aktywne w codziennych cyklach, nie były już używane w wieku 60 lat.

Możliwe, że niektórzy starsi ludzie przestają wytwarzać białko potrzebne do działania ich wewnętrznych zegarów.

Ponadto naukowcy byli zaskoczeni odkryciem, że niektóre geny zostały włączone do aktywnej codziennej pracy dopiero w starszym wieku. „Wydaje się, że mózg próbuje zrekompensować wyłączenie niektórych genów pracą innych, aktywując dodatkowy zegar” – mówi dr McClang. Być może zdolność mózgu do tworzenia rezerwowych rytmów dobowych jest obroną przed chorobami neurodegeneracyjnymi.

Zmiana na zapasowy wewnętrzny zegar może być wykorzystana przez lekarzy do leczenia zaburzeń rytmu dobowego. Naukowcy eksperymentują teraz z genami zwierząt i próbują zrozumieć, w jaki sposób geny wewnętrznego zegara są aktywowane i wyłączane.

Innymi słowy, naukowcy słuchają „tykania” i chcą zrozumieć: co mózg próbuje nam powiedzieć?