Naučnici sa Medicinskog fakulteta Univerziteta Džons Hopkins i Nacionalnog instituta za zdravlje identifikovali su protein u vizuelnom sistemu miševa koji je, čini se, ključan za stabilizaciju cirkadijalnih ritmova tela puferovanjem odgovora mozga na svetlost. Nalaz, objavljen 5. decembra u PLoS Biologija, unapređuje napore da se bolje leče poremećaji spavanja i kašnjenje u mlazu, kažu autori studije.
„Ako bi se cirkadijalni ritmovi prilagođavali svakoj brzoj promeni osvetljenja, recimo pomračenju ili veoma mračnom i kišnom danu, ne bi bili efikasni u regulisanju periodičnih ponašanja kao što su san i glad. Protein koji smo identifikovali pomaže u povezivanju mozga tokom neuronskog razvoja da omogući stabilne odgovore na izazove cirkadijalnog ritma iz dana u dan“, kaže dr Aleks Kolodkin, profesor na Odeljenju za neuronauku Džons Hopkins i zamenik direktora Instituta za osnovne biomedicinske nauke.
Kolodkin je vodio studiju sa dr Samerom Hatarom, šefom odeljenja za svetlost i cirkadijalne ritmove u Nacionalnom institutu za mentalno zdravlje.
Naučnici odavno znaju da većina živih bića ima cirkadijalni „sat“, skup bioloških ritmova koji funkcionišu u ciklusu od oko 24 sata i koji utiču na budnost, pospanost, apetit i telesnu temperaturu, između ostalih cikličnih ponašanja.
Poremećaj ovog sistema — kroz rad u smenama ili putovanje na velike udaljenosti u više vremenskih i svetlosnih zona kod ljudi, na primer — može imati ozbiljne posledice. Prethodne studije povezuju uporne poremećaje u cirkadijalnom ritmu sa povećanim rizikom od raka, depresije i niza drugih medicinskih problema.
Cirkadijalni sistemi su u suštini „obučeni“ izlaganjem svetlosti. Iako su istraživači napravili značajan napredak u poslednjih nekoliko decenija u izlaganju mehanizama odgovornih za cirkadijalne ritmove, ostalo je nejasno kako mozak postaje povezan za njih.
Da bi saznali više, Kolodkin i Hatar, zajedno sa prvim autorima studije Džonom Hunjarom i Kat Dali i njihovim kolegama, pretražili su bazu podataka za biološke molekule prisutne tokom razvoja u kontrolnom centru mozga miša za cirkadijalne ritmove – suprahijazmatsko jezgro (SCN).
Smešten duboko u mišjem i ljudskom mozgu u hipotalamusu, SCN se nalazi u blizini oblasti koje kontrolišu vid i stvaraju veze sa moždanim ćelijama koje vode do mrežnjače, dela oka koji oseća svetlost.
Istraživački tim se brzo usredsredio na protein na površini ćelije nazvan teneurin-3 (Tenm3), deo veće porodice proteina koji igraju ključnu ulogu u sklapanju kola vizuelnog sistema i uopšteno u drugim krugovima centralnog nervnog sistema.
Kada su istraživači genetski izmenili miševe kako bi sprečili proizvodnju Tenm3, životinje su razvile manje veza između mrežnjače i SCN-a, u poređenju sa životinjama sa netaknutim Tenm3. Međutim, miševi kojima nedostaje Tenm3 razvili su daleko više povezanosti između ćelija u jezgru i ljusci SCN-a, gde Tenm3 teži da se lokalizuje.
Da bi videli kako Tenm3 može da stabilizuje cirkadijalne ritmove ili da ih ometa čak i malo svetlosti, naučnici su osmislili set eksperimenata.
Prvo su obučili miševe kojima je nedostajao Tenm3 na 12-satnom ciklusu svetlo/mrak, a zatim su pomerili tamni period unapred za šest sati. Miševima sa netaknutim Tenm3 bilo je potrebno oko četiri dana da prilagode svoje cirkadijalne ritmove promeni, mereno obrascima aktivnosti dijagnostikujući normalne cikluse spavanja. Životinje bez Tenm3, međutim, prilagodile su se mnogo brže, za otprilike polovinu vremena.
Kada su istraživači izveli sličan eksperiment sa dvostruko slabijim svetlom nego u ranijem testu, miševima bez Tenm3 bilo je potrebno oko osam dana da prilagode svoje cirkadijalne cikluse, ali samo oko četiri dana za miševe bez Tenm3.
Čak je i samo 15-minutni impuls prigušenog svetla pokrenuo miševe bez Tenm3 – ali ne i miševe sa normalnim Tenm3 proteinom – da proizvedu hemikaliju u mozgu koja služi kao zamena za izlaganje svetlosti, što sugeriše povećanu osetljivost na svetlosne znakove neophodne za postavljanje ili resetovanje cirkadijanskog sata .
Ovi nalazi sugerišu autorima da Tenm3 pomaže u povezivanju mozga da održi stabilne cirkadijalne ritmove čak i kada je izloženost svetlosti promenljiva. Saznajući više o ovom sistemu i ulozi Tenm3, kaže Hattar, istraživači bi na kraju mogli da dijagnostikuju i leče greške koje dovode do nesanice i drugih poremećaja spavanja kod ljudi, ili možda da razviju tretmane za zaostajanje u mlazu.
„Postoje vrlo jasne implikacije za ljudsko zdravlje“, kaže on.
Više informacija: Džon L. Hunjara i saradnici, Teneurin-3 reguliše generisanje vizuelnih kola koja ne formiraju sliku i reagovanje na svetlost u suprahijazmatskom jezgru, PLOS Biologi (2023). DOI: 10.1371/journal.pbio.3002412
Istražite dalje
