Нейробиологи Юго-западного медицинского центра Юго-Западного медицинского центра определили ключевые клетки мозга, которые имеют решающее значение для определения циркадных ритмов, 24-часовых процессов, контролирующих циклы сна и бодрствования, а также других важных функций организма, таких как выработка гормонов, метаболизм и кровяное давление.
Циркадные ритмы генерируются супрахиазматическим ядром (SCN), расположенным в гипоталамусе мозга, но исследователи ранее не могли точно определить, какие из многих тысяч нейронов в этом регионе участвовали в управлении механизмами хронометража организма.
"Мы обнаружили, что группа нейронов SCN, которые экспрессируют нейропептид, называемый нейромедином S (NMS), необходима и достаточна для контроля циркадных ритмов," сказал доктор. Джозеф Такахаши, председатель нейробиологии и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI) в Юго-Западном Юта, владеющий сертификатом Loyd B. Выдающееся кресло Sands в области неврологии.
Результаты, опубликованные в журнале Neuron, могут предложить важные цели для будущего лечения заболеваний и проблем, связанных с циркадной дисфункцией, которые варьируются от смены часовых поясов и нарушений сна до неврологических проблем, таких как болезнь Альцгеймера, а также проблем метаболизма и психических расстройств, таких как как депрессия.
Ключевые исследования 1970-х годов показали, что SCN взаимодействует и координирует клетки по всему телу, чтобы контролировать циркадные ритмы, но SCN содержит множество нейронов с различными паттернами экспрессии нейропептидов и нейротрансмиттеров.
"Какой из этих нейронов отвечает за формирование циркадных ритмов, оставалось главным вопросом в нейробиологии без ответа. Это исследование знаменует собой значительный прогресс в нашем понимании биологических часов" сказал старший автор д-р. Масаси Янагисава, адъюнкт-профессор молекулярной генетики, бывший исследователь HHMI в Юго-Западном Юго-Западном университете и нынешний директор Мирового премьер-министра международного института интегративной медицины сна в Университете Цукуба в Японии.
NMS – это нейропептид – белок, состоящий из аминокислот, который нейроны, являющиеся клетками мозга, используют для связи. Исследователи создали уникальные мышиные модели, чтобы определить, что нейроны, экспрессирующие NMS, действуют как клеточные кардиостимуляторы, регулируя циркадные ритмы. В частности, исследовательская группа обнаружила, что изменение внутренних часов только в нейронах NMS изменяет циркадный период у всего животного. Кроме того, исследование позволило по-новому взглянуть на механизмы, с помощью которых свет синхронизирует ритмы биологических часов.
Доктор. Такахаши идентифицировал и клонировал первый ген млекопитающих под названием Clock, связанный с циркадными ритмами. С тех пор лаборатория Такахаши определила, что нарушения в генах Clock и Bmal1 у мышей могут изменить высвобождение инсулина поджелудочной железой, что приводит к диабету, и они определили трехмерную структуру белкового комплекса CLOCK-BMAL1, которая является считается батареей биологических часов.
Доктор. Янагисава сначала определил важную роль, которую эндотелин играет в сердечно-сосудистой системе, а позже, с его открытием орексина, показал, что сон / бодрствование контролируется одним нейропептидом. Его лаборатория с тех пор идентифицировала многочисленные рецепторы, участвующие в регуляции аппетита и артериального давления, а также другие нейропептиды, которые играют важную роль в регуляции энергетического метаболизма, реакции на стресс, эмоций и других функций.