Gli scienziati mappa il cablaggio della orologio biologico

Marzo 16, 2016 Admin Salute 0 1
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Nel numero di giugno 5 del Neuron, Herzog ei suoi colleghi riportano la scoperta di una parte cruciale della orologio biologico: il cablaggio che imposta la sua precisione di pochi minuti su 1440 minuti al giorno. Questo cablaggio utilizza il neurotrasmettitore, GABA, per collegare le singole celle del orologio biologico in una rete veloce che cambia con forza ora del giorno.

Ritmi giornalieri di sonno e metabolismo sono azionati da un orologio biologico nel nucleo soprachiasmatico (SCN), una struttura nel cervello costituito da 20.000 neuroni, ognuno dei quali può mantenere giornaliero (circadiano) Tempo singolarmente.




Se l'SCN deve essere un sistema solido, ma sensibile, temporizzazione, i neuroni devono sincronizzare precisamente tra loro e regolare i loro ritmi a quelli dell'ambiente.

Laboratorio di Herzog ha scoperto un sistema push-pull in SCN che fa entrambe le cose. Nel 2005 hanno riferito che i neuroni nella rete orologio comunicano mediante un neuropeptide (VIP) che li spinge a sincronizzare tra loro.

E, come ora riportano in Neuron, questi neuroni comunicano anche con GABA che tira su di loro debolmente, in modo che non siano troppo strettamente accoppiati.

Insieme, questi due reti (VIP e GABA) assicurare l'orologio funziona come coordinato, orologio preciso ma che può ancora registrare la sua tempistica per la sincronizzazione con l'ambiente.

"Pensiamo che la rete neurotrasmettitore è lì a introdurre abbastanza jitter nel sistema per permettere ai neuroni risincronizzazione quando stimoli ambientali cambiano, come fanno con le stagioni", dice Herzog.

Ma, dice, dal momento che questo biologica 'tasto reset' evoluta molto prima che gli orologi meccanici, luci artificiali, e percorse ad alta velocità, non introduce abbastanza jitter per permetterci di adeguarsi rapidamente ai cambiamenti del tempo estreme della vita moderna, come ad come volare "indietro" (est) attraverso diversi fusi orari.

Capire il sistema push-pull in SCN ha enormi implicazioni per la salute pubblica, tenendo, come fa, in tempi di risparmio di luce del giorno, il lavoro a turni, orari scolastici di partenza, orari medico interno, ore camionista, e molte altre questioni in cui l'orologio in il cervello è snocciolato contro il tempo in mano.

Sincronizzare gli orologi cellulari

L '"orologio" all'interno di ogni neurone SCN dipende l'espressione ciclica di una famiglia di geni, come il periodo (PER) geni. L'espressione di questi geni e frequenza di scarica del neurone tipicamente di picco a metà giornata e la caduta durante la notte. L'attività dei geni è come gli ingranaggi di un orologio, e l'attività elettrica come le lancette dell'orologio.

Ogni neurone nel SCN mantiene tempo, ma perché sono cellule diverse, hanno ritmi leggermente diverse. Alcuni corrono un po 'veloce e altri un po' lento. Se l'SCN nel suo insieme deve funzionare come un orologio, i suoi neuroni necessario sincronizzare tra loro.

L'obiettivo del recente lavoro in laboratorio Herzog è stato quello di capire come le cellule di clock sono collegati tra loro. "Non è chiaro, ad esempio, se ogni neurone comunicato con solo alcuni dei suoi vicini o con tutti loro", dice Herzog.

Mark Freeman, uno studente laureato in laboratorio, ha sviluppato un metodo per registrare la frequenza di scarica di circa 100 neuroni simultanously su un array multi-elettrodi. "Voi galleggiare i neuroni SCN dolcemente," Herzog dice, "e i neuroni si collegare agli elettrodi, la creazione di un orologio in un piatto che spunta fuori per settimane o mesi."

Utilizzando queste schiere di elettrodi, il suo laboratorio ha dimostrato che i neuroni del SCN vengono sincronizzati con lo scambio di neuropeptide VIP (polipeptide vasoattivo intestinale), che altera l'espressione di PER per accelerare o rallentare i neuroni fino a quando sono tutti in sincronia.

Queste reti sincronizzate sono molto precise, dice Herzog. Se li si lascia free-run in buio costante di perdere o guadagnare solo pochi minuti fuori dei 1.440 minuti in un giorno. Quindi sono precisione entro 1 o 2 per cento.

Ma sono sempre leggermente fuori dal ciclo di 24 ore legata ad un giro del pianeta sul suo asse. Nel corso del tempo si sarebbero deriva abbastanza lontano quel ciclo di essere di scarsa utilità per noi, a meno che non avevano anche alcuni mezzi di sincronizzazione in ora locale.

Ripristino gli orologi cellulari

Nell'articolo pubblicato su Neuron, Herzog ei suoi colleghi relazione su una seconda rete in l'orologio biologico.

In questa rete le connessioni sono realizzate dal neurotrasmettitore GABA (γ-ammino-butirrico). "Abbiamo dimostrato che avevamo trovato una rete GABAergica applicando farmaci che bloccano i recettori GABA sulle cellule", dice Herzog. "Tutti i collegamenti che avevano mappato tra i neuroni abbandonato."

Sorprendentemente, quando la rete cade, l'orologio diventa più preciso. Così la rete GABAergici destabilizza l'orologio; si jiggles un po '.

Herzog fa notare che la rete GABAergici, è scarsa, debole e veloce (molto più veloce rispetto alla rete VIP, che si basa sull'azione più lento di un neuropeptide), come ci si potrebbe aspettare un jitter-generatore di essere.

"Pensiamo che la rete GABAergici è lì per lasciare i nostri orologi adattarsi agli stimoli ambientali, come graduali, variazioni stagionali e del tramonto", dice Herzog.

E 'un po' come whacking un vecchio televisore che ha perso la sincronia verticale per farlo sincronizzare nuovamente con il segnale di trasmissione.

Ma non c'è abbastanza jitter del clock per consentirle di effettuare le regolazioni bruschi, come il salto in avanti di un'ora durante l'ora legale inizia. Quel "Spring Forward" è stato statisticamente dimostrato di aumentare il rischio di attacchi di cuore e incidenti d'auto, dice Herzog.

Alcuni aiuti di sonno, come le benzodiazepine, che attivano i recettori GABA può rendere l'orologio circadiano un po 'più nervoso, aiutando le persone si abituano a grandi salti temporali, come volare attraverso i fusi orari. "Ma non sappiamo ancora se si può migliorare jetlag, se lo fanno, vogliamo sapere se è perché aiutano a dormire sul lungo volo o perché aiutano l'orologio biologico regola al nuovo fuso orario," Herzog precauzioni.

In ogni caso, è chiaro che se le persone ripetutamente costringono l'orologio per ripristinare, gettano fuori più di sonno. L'orologio biologico regola il metabolismo e la divisione cellulare, nonché i cicli di sonno/veglia. Così lavoro a turni, per esempio, è associato sia a disturbi metabolici, quali il diabete, e con la divisione cellulare sregolata che caratterizza il cancro.

Combattere i nostri orologi biologici fa molto di più di quanto ci fanno bevitori di caffè scorbutico.

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