Что такое биологические часы: Как работают наши биологические часы: существует ли «таблетка для сна»

Содержание

Биологические часы человека, вероятно, могут пойти вспять – Наука – Коммерсантъ

Небольшое клиническое исследование, проведенное в Калифорнии, впервые показало, что можно было бы обратить вспять эпигенетические часы организма, которые измеряют биологический возраст человека.

В течение одного года девять здоровых добровольцев принимали коктейль из трех распространенных препаратов — гормона роста и двух препаратов от диабета — и в среднем потеряли по два с половиной года биологического возраста, измеренного путем анализа меток на геномах человека. Иммунная система участников также показала признаки омоложения.

Результаты стали неожиданностью даже для самих исследователей, и они настойчиво предупреждают, что данные сугубо предварительные: охват был невелик и не было контрольной группы.

Стив Хорват, один из авторов работы, говорит, что ожидал замедления хода биологического времени у добровольцев, но отнюдь не того, что оно пойдет вспять: «Результаты выглядели футуристически!»

«Может быть, эффект и есть,— осторожен клеточный биолог Вольфганг Вагнер из Аахенского университета в Германии.

— Но качество данных невысокое, так как исследование очень маленькое и проведено без контрольной группы».

За эпигенетическими часами можно следит по маркерам на ДНК — метильным группам; их расположение меняется с течением жизни, по ним удается определить биологический возраст человека, который может отставать от физического или опережать его. Стив Хорват — один из пионеров исследования эпигенетических часов.

Работа, о которой идет речь, была выполнена, чтобы проверить, безопасно ли использовать гормон роста для восстановления тканей вилочковой железы — она играет значительную роль в иммунной функции организма. Лейкоциты, появляющиеся из костного мозга, в вилочковой железе созревают и становятся специализированными Т-клетками — убийцами, которые помогают организму бороться с инфекциями и раком.

Однако после полового созревания вилочковая железа начинает быстро уменьшаться в размерах и перерождаться: функциональные клетки заменяются жировыми.

Исследования на животных и людях показывают, что гормон роста стимулирует регенерацию вилочковой железы. Но этот гормон может также способствовать развитию диабета, поэтому в исследование были включены и два широко используемых антидиабетических препарата: дегидроэпиандростерон (DHEA) и метформин.

Всего испытуемых было девять, все белые мужчины в возрасте от 51 до 65 лет, исследование было одобрено Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США. Результаты таковы: анализ крови показал улучшение ситуации у всех участников; у семи из девяти испытуемых методом магнитно-резонансной томографии подтверждена некоторая регенерация вилочковой железы.

Идея проверить, как препараты повлияли на эпигенетические часы, пришла позже, когда исследование уже окончилось. Однако Хорвата это не остановило, и он пришел к выводу, что эпигенетический эффект препаратов был хорошим и по крайней мере у шестерых участников наблюдается даже спустя шесть месяцев после окончания работы.

Анатолий Кривов

Ученые выяснили, что биоритмы у мужчин и женщин работают по-разному

https://ria. ru/20200904/bioritmy-1576791591.html

Ученые выяснили, что биоритмы у мужчин и женщин работают по-разному

Ученые выяснили, что биоритмы у мужчин и женщин работают по-разному — РИА Новости, 04.09.2020

Ученые выяснили, что биоритмы у мужчин и женщин работают по-разному

Американские ученые как в наблюдениях за людьми, так и в экспериментах на мышах показали, что многие внутренние процессы, зависящие от циркадных часов и… РИА Новости, 04.09.2020

2020-09-04T17:14

2020-09-04T17:14

2020-09-04T17:14

наука

сша

пенсильванский университет

открытия — риа наука

здоровье

биология

гормоны

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/153317/42/1533174235_0:131:2500:1537_1920x0_80_0_0_094d5327d374ec3aa5698d2201c7c185.jpg

МОСКВА, 4 сен — РИА Новости. Американские ученые как в наблюдениях за людьми, так и в экспериментах на мышах показали, что многие внутренние процессы, зависящие от циркадных часов и определяющие поведение и физиологию, во многом определяются половой принадлежностью. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.Циркадные ритмы, или биологические часы имеют решающее значение для функционирования биологических процессов в организме, определяя во многом настроение и поведение человека, а систематическое нарушение естественных ритмов влияет на здоровье и может привести, по мнению ученых, к нарушению метаболизма, развитию сердечно-сосудистых заболеваний и рака.Американские исследователи из Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета в Филадельфии в своей работе обобщили результаты последних исследований последствий нарушения биоритмов и посмотрели, как они отражаются на мужчинах и женщинах.Изучение проводили с помощью когнитивных тестов, оценивающих рабочую память, внимание, усилия, настроение и сонливость, которые сопровождались гормональными исследованиями на людях и животных.Результаты показывают, что женщины в целом более устойчивы к сбоям в работе биологических часов, например, при сменной работе или частых перелетах и смене часовых поясов. У женщин, как и у детей, пик активности обычно приходится на первую половину дня, а их поведенческие ритмы — перепады между состоянием покоя и вспышками активности — имеют значительно большую амплитуду, чем у мужчин. При этом женщины меньше, чем мужчины, подвержены бессоннице, а во время сна больше времени проводят в фазе глубокого, медленноволнового сна. В течение дня исследователи фиксировали у женщин высокую амплитуду колебаний мелатонина, а в ночное время — его дефицит. Авторы отмечают, что резкие колебания мелатонина полезны для когнитивной деятельности, но ночью его дефицит делает женщин менее продуктивными.Мужчины, в отличие от женщин, в вечернее и ночное время демонстровали большую работоспособность, а в течение дня их состояние было более стабильным. Правда, авторы отмечают, что с возрастом у мужчин, как и у женщин, пик активности смещается на утро.По-разному сбои биоритмов в зависимости от пола отражаются и на пищевом поведении. У женщин при нарушении циркадных часов ученые наблюдали снижение выработки гормона сытости лептина и увеличение гормона голода грелина, что выражалось в повышении аппетита. При этом у них снижалась скорость окисления углеводов, а расход энергии и окисление липидов увеличивались.У мужчин после сдвига суточных часов увеличивалось количество лептина, а грелин сохранялся на том же уровне. При том же расходе энергии мужчины сообщали об увеличении тяги к высококалорийной пище.Влияние половых гормонов — эстрогена у женщин и тестостерона у мужчин — на поддержания циркадных ритмов выяснить пока не удалось, хотя эксперименты на мышах с подавленными генами рецепторов половых гормонов показали, что такое влияние есть.Хотя точные причины наблюдаемых различий между мужчинами и женщинами неясны, авторы предполагают, что в основе повышенной устойчивости к циркадным нарушениям у женщин лежит так называемый «биологический императив» — нацеленность самок на воспитание потомства.

https://ria.ru/20200422/1570395948.html

https://ria.ru/20200610/1572766858.html

сша

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/153317/42/1533174235_139:0:2362:1667_1920x0_80_0_0_ba82b83270361a3ada743773c7a6b69d.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

сша, пенсильванский университет, открытия — риа наука, здоровье, биология, гормоны

МОСКВА, 4 сен — РИА Новости. Американские ученые как в наблюдениях за людьми, так и в экспериментах на мышах показали, что многие внутренние процессы, зависящие от циркадных часов и определяющие поведение и физиологию, во многом определяются половой принадлежностью. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Циркадные ритмы, или биологические часы имеют решающее значение для функционирования биологических процессов в организме, определяя во многом настроение и поведение человека, а систематическое нарушение естественных ритмов влияет на здоровье и может привести, по мнению ученых, к нарушению метаболизма, развитию сердечно-сосудистых заболеваний и рака.

Американские исследователи из Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета в Филадельфии в своей работе обобщили результаты последних исследований последствий нарушения биоритмов и посмотрели, как они отражаются на мужчинах и женщинах.

Изучение проводили с помощью когнитивных тестов, оценивающих рабочую память, внимание, усилия, настроение и сонливость, которые сопровождались гормональными исследованиями на людях и животных.

Результаты показывают, что женщины в целом более устойчивы к сбоям в работе биологических часов, например, при сменной работе или частых перелетах и смене часовых поясов.

У женщин, как и у детей, пик активности обычно приходится на первую половину дня, а их поведенческие ритмы — перепады между состоянием покоя и вспышками активности — имеют значительно большую амплитуду, чем у мужчин.

22 апреля 2020, 10:53Распространение коронавирусаУченый рассказал, как мужчины и женщины переносят изоляцию

При этом женщины меньше, чем мужчины, подвержены бессоннице, а во время сна больше времени проводят в фазе глубокого, медленноволнового сна.

В течение дня исследователи фиксировали у женщин высокую амплитуду колебаний мелатонина, а в ночное время — его дефицит. Авторы отмечают, что резкие колебания мелатонина полезны для когнитивной деятельности, но ночью его дефицит делает женщин менее продуктивными.

Мужчины, в отличие от женщин, в вечернее и ночное время демонстровали большую работоспособность, а в течение дня их состояние было более стабильным. Правда, авторы отмечают, что с возрастом у мужчин, как и у женщин, пик активности смещается на утро.

По-разному сбои биоритмов в зависимости от пола отражаются и на пищевом поведении. У женщин при нарушении циркадных часов ученые наблюдали снижение выработки гормона сытости лептина и увеличение гормона голода грелина, что выражалось в повышении аппетита. При этом у них снижалась скорость окисления углеводов, а расход энергии и окисление липидов увеличивались.

У мужчин после сдвига суточных часов увеличивалось количество лептина, а грелин сохранялся на том же уровне. При том же расходе энергии мужчины сообщали об увеличении тяги к высококалорийной пище.

Влияние половых гормонов — эстрогена у женщин и тестостерона у мужчин — на поддержания циркадных ритмов выяснить пока не удалось, хотя эксперименты на мышах с подавленными генами рецепторов половых гормонов показали, что такое влияние есть.

Хотя точные причины наблюдаемых различий между мужчинами и женщинами неясны, авторы предполагают, что в основе повышенной устойчивости к циркадным нарушениям у женщин лежит так называемый «биологический императив» — нацеленность самок на воспитание потомства.

10 июня 2020, 17:48Распространение коронавирусаАмериканские ученые объяснили, почему мужчины тяжелее болеют COVID-19

Как настроить биологические часы для улучшения сна и повышения энергии. Nike RU

«Значительно укороченный цикл сигнализирует о преждевременном выбросе мелатонина, гормона сна. Таким образом, ты устаешь очень быстро, — говорит Кэрри. — А потом просыпаешься до фактического начала дня».

Короткие ли у тебя или длинные циклы, важно не позволять им перестраивать твои биологические часы. «Чтобы изменить циклы или настройки времени твоих биологических часов, следует обратить внимание на образ жизни, особенно на график тренировок и питания. Это поможет перевести время на твоих часах назад или вперед в зависимости от поставленной цели», — считает Карин Эссер, доктор наук, исследователь взаимосвязей между циркадными ритмами и скелетными мышцами, профессор и заместитель директора по программам Института миологии Университета Флориды.

Исследования по изучению связи между биологическими часами и тренировками пока не завершены. Но если ты чувствуешь, что силы на исходе уже в 8 вечера, вероятно, стоит проводить тренировки днем. Дело в том, что физические упражнения могут влиять на твои биоритмы и задерживать выброс мелатонина, как считает Карин. Если не удается уснуть до полуночи, проводи тренировку в утренние часы (предпочтительно на открытом воздухе). В результате циркадные сигналы о необходимости лечь спать должны сместиться на более ранее время. «Нам повезло, что часы наших мышц очень отзывчивы к тренировкам и могут подстраиваться под заданный график. Таким образом, твои мышцы привыкают к любым изменениям в расписании, — говорит она. — После этого они будут работать лучше, поэтому в конце концов ты сможешь достичь аналогичных и даже более высоких результатов».

Карин также считает, что независимо от индивидуальных часов, нам необходим завтрак, обед и ужин в течение 10-часового периода времени, который наилучшим образом соответствует световому дню. Если ты просыпаешься в естественном освещении и ограничиваешь использование гаджетов (телефон, телевизор и ноутбук) по вечерам, ты сможешь свести к минимуму проблемы с мелатонином.

«Нам предстоит еще многое изучить, но уже сейчас известно, что наши биологические часы индивидуальны и контролируют практически все процессы в нашем теле», — говорит Кэрри. Чем больше внимания ты уделяешь своим биологически часам, тем выше вероятность того, что именно ты будешь контролировать время приема пищи, тренировок и сна.

Биологические часы человека и их влияние на уход за кожей. | Статьи | Территория косметологии и красоты VERY | Москва м.Аэропорт

«Не могу представить такого важного дела, ради которого пришлось бы лечь спать после полуночи» — Коко Шанель.

Очень часто моё первое знакомство с пациентом начинается с закономерного вопроса: » Я впервые у косметолога. С чего мне начать?».

А начинать нужно с основы основ: того образа жизни, который вы ведёте. В наши дни тренд на ЗОЖ набирает все больше оборотов, и не зря, ведь именно он является основой нашего хорошего самочувствия, здоровья и долголетия. Сегодня я расскажу вам о циркадных ритмах, главным из которых у человека является цикл сон/бодрствование, и о том, как ему следовать и почему это важно. Вспомним, что в иерархии биологических потребностей человека сон занимает почётное второе место, сразу после дыхания (на 3 и 4 местах — вода и еда соответственно).

В конце 19 века почти одновременно появились 2 достижения цивилизации: 1. Электрическая лампочка; 2. Стандартизация времени.

Это создало у человека иллюзию, что мы по своему произволу можем выстраивать и регулировать ритм своей жизни, адаптируя его к определенным социальным условиям. Немного позже, во второй половине 20 века, появилось разделение людей на «сов» и «жаворонков», оправдывающее такое поведение. На самом деле почти у всех живых организмов на планете, включая бактерии, есть внутренние биологические часы, которые регулируют физиологические процессы в соответствии с внешним 24-часовым циклом.

Циркадные «часы» есть в каждой клетке нашего организма и работают они на молекулярном уровне (за это открытие американцы Майкл Янг, Джеффри Холл и Майкл Росбаш в 2017 г.

получили Нобелевскую премиию по физиологии и медицине). Ими регулируется поступление гормонов в кровь и суточные колебания температуры тела. Наша способность к концентрации внимания и эффективность также меняются в течение дня в соответствии с циркадными ритмами. В различное время суток отличается и степень восприимчивости нашей кожи.

С 5 до 10 часов — организм просыпается: в кровь начинают поступать адреналин и кортизол, сосуды суживаются и давление повышается, чтобы придать нам силы и энергию, и далее в течение дня их количество снижается. Защитная функция кожи, как естественного барьера, максимальна, впитывающая способность — минимальна. Утром кожа готовится к защите,поэтому именно утром рекомендуются водные процедуры (умывание кубиком, контрастный душ). Нанесение увлажняющего защитного крема. Не рекомендуется пить кофе, курить, проводить тепловые процедуры (посещение бани, сауны), наносить на кожу питательные кремы и маски.

10-12 часов — лучшее время для кожи. Максимально включены защитные механизмы. Начинается активная продукция кожного сала (появляется неэстетичный блеск).

13-15 ч — кожа начинает уставать: снижается тонус, падает давление в сосудах, нарушается лимфодренаж. Кожа выглядит бледной и уставшей, морщину выражены сильнее. Клонит ко сну. Рекомендуется прогулка на сведём воздухе и отдых. Не рекомендуются романтические встречи)

15-17 ч — кожа ничего не воспринимает.

17-20 ч — в организме начинается активная выработка мелатонина. Снижается уровень кортизола в крови. Кожа избавляется от стресса и готовится к ночному восстановлению. Максимальное проникновение в кожу. Рекомендуются: чистка, пилинг, омолаживающие процедуры.

20-22 ч — организм настраивается на ботокс. В тканях активизируется микроциркуляция, усиливается их трофике и оксигенация. Рекомендуются: глубокое очищение кожи, лимфодренажные и тепловые процедуры (баня, сауна). Питательные и восстанавливающие маски и кремы.

22-5 ч — спать!!! В течение 1-го часа до полуночи ( в 23часа) и 2-х часов после полуночи (с с 2до 3 часов ночи) происходит активное деление клеток эпидермиса и восстановление кожного покрова,поэтому самое полезное в это время отдыхать .

Рассказывала Врач-дерматокосметолог Плешкова Анна

Как на нас влияют биологические часы?

Понимание и соблюдение правил работы нашего организма помогает нам улучшить здоровье. Чередование дня и ночи определяет основной биоритм нашего тела — смена периодов бодствования, когда мы активны и сна, когда тело отдыхает. Сигнал готовиться ко сну даёт гормон мелатонин, который вырабатывается в вечерние часы. Биоритм также контролирует выработку гормонов, регулирует температуру тела и давление, влияет на наше настроение, а также стимулирует и снижает желание что-то делать. Это существенно влияет на деятельность наших внутренних органов.

Биоритм и его влияние на внутренние органы

Каждый орган в нашем теле работает наиболее эффективно в определённое время — около двух часов в день. Если вы страдаете от болезни одного из них, симптомы становятся более выраженными именно в эти часы активной работы. Вот почему, например, большинство сердечных приступов происходит утром и, следовательно, в то время, когда сердце наиболее активно. Те, кто страдают от болезней желчного пузыря, подтверждают, что они чаще всего чувствуют приступы около полуночи, когда активность этого органа достигает кульминации.

Конечно, вы заметили, что ни такие заболевания, как грипп, ни простуда не имеют одинакового течения в течение дня. За этой разницей стоят биологические часы.

Давайте внимательнее посмотрим, когда какие органы наиболее активны, чтобы не напрягать их, когда они отдыхают. Наше тело будет благодарно за это.


 

1:00 — 3:00 Печень

В это время печень работает полностью — она ​​удаляет жиры из крови и выводит токсичные вещества. Другие функции организма не так активны, происходит наименьшая оксигенация мозга. Если вы ведете машину в это время, соблюдайте осторожность. Если у вас есть проблемы с желчным пузырём, они могут обостриться, потому что печень и желчный пузырь являются парными органами. В это время нельзя пить алкоголь или кофе, курить и есть жирную пищу.

3:00 — 5:00 Легкие

Когда работают лёгкие, просыпаются курильщики и астматики. При бронхите, воспалении лёгких или дыхательных путей может появиться затруднение дыхания. В это время мы испытываем наибольший страх и беспокойство, и поэтому эта часть суток опасна для людей, страдающих депрессией. Примерно в 4 часа утра образование мелатонина увеличивается, артериальное давление снижается, а сердцебиение замедляется.

5:00 — 7:00 Толстая кишка

Те, кто встают в это время, обычно быстрее приходят в нормальный активный ритм. Утром вам должно быть комфортно и спокойно, старайтесь избегать стрессов и суеты. В частности, люди с сердечными заболеваниями должны начинать день постепенно, потому что они более подвержены сердечным приступам по утрам. Обязательно выпейте большое количество жидкости, в идеале чая, но избегайте холодных напитков. В это время рекомендуется привыкнуть к опорожнению кишечника. Здоровым людям отлично зайдёт утренняя зарядка.

Около семи часов пульс начинает ускоряться и увеличивается секреция гормонов, в том числе тестостерона. Этот мужской гормон достигает до 40% более высокой концентрации в крови, чем в полночь, поэтому мужчины испытывают наибольшее желание секса по утрам.

7:00 — 9:00 Желудок

Утром тело должно быть в тепле, поэтому избегайте холодного душа. Эти два часа — лучшее время для завтрака, и органы пищеварения работают на полной скорости. Дайте своему телу витамины, минералы и питательные вещества, в это время оно сможет их использовать по-максимуму. Мы в ALAGENEX тоже уважаем биологические часы, и в соответствии с ними мы установили дозировку препарата в нашем 90-дневном курсе. Благодаря этому организм полностью использует активные вещества.

9:00 — 11:00 Поджелудочная железа и селезенка

Организм перерабатывает сахар наиболее эффективно, поэтому угощайтесь фруктами или медом. Но избегайте алкоголя. Утром мы наиболее активны, повышаются усмтвенные способности, психика работает по-максимуму. Тем не менее, избегайте физических нагрузок, если это возможно.

Около 10 часов утра самое лучшее время для обучения, пик душевной активности наступает около 11 часов. Ваше тело и разум в лучшей форме, пришло время принимать важные решения.

Давление повышается утром, днем ​​снижается, а вечером повышается снова. Вот почему мы наиболее активны утром и вечером.

11:00 — 13:00 Сердце

Во время самой активной деятельности сердца мы не должны обременять организм большим количеством пищи. Есть небольшое затухание активности, остерегайтесь травм. Прогулка или короткий сон в этот период улучшим ваше самочувствие. В жаркие дни в эти часы люди с заболеваниями сердца чувствуют себя значительно хуже. Поэтому дайте организму хотя бы небольшой отдых.

13:00 — 15:00 Тонкая кишка

Наше тело переваривает потреблённую пищу и мы чувствуем подавленность, становимся ленивы. Мы делаем ошибки, мы не можем сосредоточиться. Снижается не только наша активность, но и чувствительность к боли, поэтому самое время, например, посетить стоматолога.

15:00 — 17:00 Мочевой пузырь

К 15-му часу дня экскреторная активность начинается и детоксифицируется. Пейте много жидкости, подходящими являются травяные чаи. Это полуденное время подходит для занятий спортом. Наша производительность растет, мы снова можем решать сложные задачи или составлять планы. Пищеварительная система готова принимать сытную еду. Приблизительно в 16 часов наступает подходящее время для приёма витаминов и минералов, наша иммунная система пробуждается. Так как наш комплекс ALAGENEX поддерживает иммунную систему и действует главным образом как профилактика «болезней цивилизации», дозировка была адаптирована к естественному ритму человеческого организма. Вот почему часы приёма комплекса чётко установлены утром и днем: организм будет использовать полезные ингредиенты с максимальной активностью.

17:00 — 19:00 Почки

Около 17 часов-  лучшее время для тренировок или других физических упражнений. Почки работают на максимум, поэтому избегайте всего, что для них вредно — жира, сахара, соли, алкоголя, простуды и стресса.

Наоборот, примерно в 6 часов вечера наша температура снижается, организм успокаивается и физическая активность ослабевает. В это время можно поужинать, это последний прием пищи в день. Избегайте сладких блюд и кофе.

19:00 — 21:00 Стенки сердца и кровообращение

В это время мы очень восприимчивы, и организм на короткое время возвращается в форму, рефлексы работают хорошо. Тем не менее мы чувствуем себя психически усталыми и нервными. Кровяное давление повышается, головные боли возникают чаще. Кожа становится наиболее проницаемой, поэтому используйте этот временной отрезок для нанесения лекарственных мазей на болезненные места.

21:00 — 23:00 Подготовка ко сну

Желудок перестает выделять желудочные соки, поэтому, если вы сейчас что-нибудь съедите, вы переварите это уже утром.

В 21:00, начинается лучшее время для студентов, потому что мы более запоминаем и будем хранить полученные знания в течение более длительного периода. Однако в 22:00 начинается самая глубокая фаза сна. Очень важно, чтобы в это время спали дети, потому что организм вырабатывает больше всего гормонов роста. Происходит обновление клеток.

23: 00-01: 00 Желчный пузырь

После часа сна вам начнут сниться первые сны. Однако, если у вас был плотный ужин, желчный пузырь не даст вам уснуть, или вы почувствуете тяжесть в желудке. Около полуночи организм перестает производить обезболивающий гормон. Если вы обеспокоены или раздражены, вы будете чувствовать себя более ещё более взвинченным. Люди с болезнями желчного пузыря по ночам часто испытывают ухудшение или судороги.

Мы верим, что мы помогли вам лучше понять функционирование человеческого организма. Давайте научимся слушать свое тело, и не делать то, чего не хочет организм. Давайте подчиняться своим биоритмам в течение дня, наше тело будет нам благодарно.

Ученые нашли вторые биологические часы человека

У человека, помимо основных биологических часов, управляющих циклическими процессами в организме, есть «вторые часы», которые в некоторых случаях могут «перехватывать управление», установили ученые из гарвардского медицинского центра Beth Israel Deaconess.

Это открытие может помочь путешественникам преодолеть дискомфорт, связанный с необходимостью приспосабливаться к другой временной зоне.

Исследуя биоритмы, ученые и открыли существование еще одного механизма, управляющего циклическими процессами, который зависит от пищи, в отличие от основного «хронометра», зависящего от освещенности, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

В качестве главного хронометра человеческого организма и организмов других высших животных служат так называемые супрахиазматические ядра в одном из отделов мозга — в гипоталамусе. Эти ядра получают от наших глаз сигналы о цикле чередования дня и ночи, а затем «пересылают» эти данные в дорсомедиальные ядра. Они, в свою очередь, организуют чередование сна и бодрствования всех остальных систем организма.

«Когда пища легко доступна, это система работает очень хорошо. Световые сигналы с сетчатки помогают установить суточный ритм в соответствии с обычным циклом чередования дня и ночи», — поясняет один из авторов исследования Клиффорд Сэйпер (Clifford Saper) из медицинской школы гарвардского университета.

Однако если пища недоступна во время нормального периода бодрствования, животным необходимо адаптироваться к ситуации, когда добывать ее приходится во время, когда они обычно спят. Чтобы выжить, животным требуется «запасные часы», зависящие не от освещенности, а от наличия пищи.

«Этот новый хронометр позволяет животным переключать свой режим сна и бодрствования так, чтобы увеличить вероятность найти пищу», — отмечает Сейпер, слова которого приводятся в сообщении центра.

По его словам, в организме, помимо супрахиазматических ядер в мозге, во внутренних органах, таких как желудок и печень, существуют клетки, которые также могут формировать суточные ритмы, зависящие от пищи.

Чтобы обнаружить «запасные часы», исследователи использовали мышей с врожденным отсутствием биологического ритма — у них был «выключен» ген BMAL1, который отвечает за формирование основных часов в супрахиазматических ядрах.

В эксперименте ученые с помощью вирусов на время восстановили функционирование биологических часов. Потом с помощью пошагового анализа, исследователи раскрыли механизм, управляющий биологическими ритмами в соответствии с доступностью пищи.

«Мы обнаружили, что единственный цикл голодания и последующего насыщения включает эти часы, которые перехватывают управление у супрахиазматических ядер и перестраивают суточный цикл в соответствии с временем, когда пища более доступна», — говорит Сейпер.

По его мнению, это открытие в перспективе может помочь всем, кто по роду своей деятельности вынужден много путешествовать на большие расстояния и каждый раз приспосабливаться к новому суточному ритму.

«Современный человек может использовать это открытие как способ адаптации. Если вы, например, совершили путешествие из США в Японию, вы вынуждены перестроиться на новый режим с разницей в 11 часов. Поскольку наши биологические часы могут сдвигаться лишь ненамного, то для обычного человека такая перестройка может занять неделю, когда уже пора возвращаться домой», — говорит Сейпер.

Но используя специальное расписание приема пищи, путешественник сможет использовать свои «вторые часы» и приспособиться к новому ритму гораздо быстрее.

«Достаточно провести без пищи около 16 часов, чтобы включить эти часы», — добавляет Сейпер.


Ссылка на публикацию: РИА Новости

Значение биологических ритмов в жизни человека

Количество просмотров: 18227

  Вся наша жизнь подчинена биоритмам – суточным, месячным, годовым. В зависимости от смены времени года, времени суток, меняется и наше самочувствие, и поведение. В большей степени суточным ритмам подвержены растения и животные, биоритмы регулируют практически всю их жизнь. Но люди, точно также имеют «внутренние часы», которые руководят процессами в его организме.

Рассмотрим человеческие биоритмы подробнее по часам. Это природные биологические ритмы человека.

5-6 часов утра. Температура тела постепенно нарастает, уровень мелатонина снижается, выработка же гормонов ответственных за активность повышается: кортизол, адреналин и т.д. Дышать человек начинает гораздо глубже, давление повышается. Все системы органов приходят в полную боевую готовность, за эти следует первый подъем бодрости. Весь организм находится наготове.

7 утра. Это лучшее время для завтрака. Как раз в это время начинается максимальная активность желудка, еда переваривается гораздо быстрее и с максимальной пользой.

9 утра. В это время наблюдается слабый спад активности. Лучше всего в эти часы решать легкие задачи, не требующие большой концентрации.

10 утра. Это время очень хорошо подходит как для напряженной умственной работы, так и для физических нагрузок. Все системы органов активны, организм работает на максимальном уровне. Это самое лучшее время для принятия витаминов или пищевых добавок, способствующих повышению иммунитета, т.к. в эти часы происходит активизация иммунной системы. Работоспособность повышается, кратковременная память работает на высоком уровне.

12 часов утра. Работоспособность постепенно снижается, глюкоза все меньше попадает в кровь. Это лучшее время для переключения внимания, отдыха и легкого перекуса.

13 часов. Самое время для обеда – в желудке в это время вырабатывается большое количеств желудочного сока.

14 часов. Человеческий организм настроен на работу, это касается как умственной деятельности, так и физической. Все системы органов активно работают, организм начинает очищаться.

15 часов. Работоспособность не меняется, человек спокоен. В это время лучше всего что-то учить, запоминать, т.к. активно работает долгосрочная память.

16-17 часов. Это время лучше всего подходит для похода в баню или в спортзал. Очень хорошее время для занятий физическими нагрузками, т.к. хорошо работает кровообращение. Психическая деятельность также на высоком уровне, но постепенно снижается.

18 часов. Самое время плотно поужинать. Есть после 18 часов не рекомендуется, поскольку ферментативная активность снижается, и пища почти что не усваивается.

19 часов. Организм находится в режиме восстановления. В это время наблюдается пик эмоциональной напряженности, можно немного позаниматься физическими упражнениями. Кровяное давление растет, повышается нервозность, часто наблюдается головная боль.

20 часов. Эмоциональный фон нормализуется, интеллектуальная активность растет. Хорошее время для решения сложных задач, требующих больших затрат энергии и высокой работоспособности мозга.

21 час. Температура тела потихоньку снижается, дыхание замедляется, организм начинает готовиться ко сну.

23 часа. Это самое лучшее время для сна. В противном случае произойдет сбой естественных ритмов организма, может проявиться голод.

24 часа. Пик восстановительной работы в организме, клетки активно обновляются, организму требуется покой.

2-4 часа ночи. В это время наблюдается максимальное расслабление всех систем организма, снижение умственной активности, снижение силы мышц. Сердечный ритм замедлен, дыхание поверхностное, спокойное, температура тела понижена. Единственным активно работающим органом в это время является печень – в это время происходит очищение всего организма, восстановление его клеток. Так называемые «совы», привыкшие эти часы проводить на ногах чаще всего испытывают влияние стрессов, чаще впадают депрессию, у таких людей наблюдаются нервные срывы.

Список органов человеческого организма и их максимальная активность в часах:

Ø печень — с 1 до 3 часов ночи;

Ø легкие — с 3 до 5 часов утра;

Ø толстая кишка — с 5 до 7 часов утра;

Ø желудок — с 7 до 9 часов утра;

Ø селезенка и поджелудочная железа — с 9 до 11 часов утра;

Ø сердце — с 11 до 13 часов дня;

Ø тонкая кишка — с 13 до 15 часов дня;

Ø мочевой пузырь — с 15 до 17 часов дня;

Ø почки — с 17 до 19 часов вечера;

Ø органы кровообращения, половые органы — с 19 до 21 часов вечера;

Ø органы теплообразования — с 21 до 23 часов ночи;

Ø желчный пузырь — с 23 до 1 часу ночи.

При неправильной работе биоритмов, которая возникает в результате ночного образа жизни, злоупотреблении алкоголем, частых перелетах, возникают проблемы со здоровьем: тревожность, ухудшение работы внутренних органов, головные боли. Если биоритмы человека соответствуют природным, то его здоровье от этого только улучшается. К тому же, зная естественные биоритмы человека, можно учитывать их в своих тренировках, питании и умственной деятельности.

Биологические часы – обзор

Гипоталамус и средний мозг в связи с циркадными функциями при болезни Паркинсона

СХЯ и ПВГ гипоталамуса имеют решающее значение для циркадной системы. Свет, как первичный «цайтгейбер», воздействует на биологические часы внутри СХЯ, модулируя физиологическую функцию (Wever, Polasek, & Wildgruber, 1983). Именно отсюда генерируются физиологические и поведенческие циклы с периодичностью чуть менее 24 часов, играющие важную роль в сохранении гомеостаза (Acuna-Castroviejo et al. , 2014). Если синхронизация эндогенных ритмов прерывается, возникает внутренняя десинхронизация и нарушается цикл покоя-активности. SCN через PVH также регулирует высвобождение мелатонина, являющегося основным секреторным продуктом шишковидной железы. По мере старения мозга млекопитающих в циркадной системе происходят изменения, приводящие к нарушению стабильности суточного ритма.

Одним из таких изменений, происходящих при БП, является удлинение «фазового угла» мелатонинового ритма у пациентов с БП, получающих DA (Bolito et al., 2014). Это говорит о том, что циркадный контроль СХЯ в отношении регуляции сна становится несвязанным. Также наблюдаются изменения в циркадной фазе секреции мелатонина (Breen et al., 2014; Videnovic et al., 2014), которые проявляются в виде снижения амплитуды секреции мелатонина и снижения уровня циркулирующего мелатонина. Это прекрасно согласуется с предположением, что меланоциты поддерживают баланс между дофаминовой кислотой и секрецией мелатонина в соответствии с фазой цикла L/D (Willis, 2008b). Когда обе системы не повреждены, переход от светлой к темной фазе происходит плавно. Однако, когда сложный баланс нарушается из-за сменной работы, смены часовых поясов или болезни Паркинсона, происходит нарушение фазы сна/бодрствования и секреции мелатонина. Более ранние исследования, показывающие, что пациенты с БП, получающие медикаментозное лечение, находятся в продвинутой фазе, послужили стимулом для внедрения светотерапии (ЛТ) для фазовой задержки циркадного цикла (Bordet et al., 2003; Fertl, Auff, Doppelbauer, & Waldhauser, 1993). Вмешательство в циркадианную функцию заменой DA также вытекает из более ранней работы, согласно которой катехоламины, вводимые в PVH и прилегающий латеральный гипоталамус (LH), оказывают тормозящее действие на поведение, подобное тому, которое наблюдается при экспериментальной БП.Важность PVH в циркадных схемах объясняет разрушительный характер замены DA в этом месте (Leibowitz & Rossakis, 1979). Выводы о том, что поражения НСД, вызывающие БП, могут влиять или изменяться при вмешательстве в сетчатку или пинеальную железу, предоставляют наиболее убедительные доказательства того, что циркадные и гипоталамические системы функционально взаимосвязаны (Willis, 2008b).

Понимание роли гипоталамуса в циркадианных функциях в связи с болезнью Паркинсона проистекает из исследований, посвященных сетчатке-шишковидной цепи.Эти исследования идентифицировали критическое соединение в пути RHT, происходящее в заднем латеральном гипоталамусе (PLH), рядом с системой NSD (Moore, Heller, Bhatnager, Wurtman, & Axelrod, 1968). Тот факт, что наиболее тяжелая форма экспериментальной БП возникает при поражениях PLH, объясняет разнообразие симптомов экспериментальной БП и предполагает вовлечение циркадных ритмов (Fink & Smith, 1979; Moore et al., 1968). Тем не менее, анатомия RHT стала более четкой, описывая путь от PVH к SCG, и прямая связь между пинеальной системой и системой NSD сомнительна.Тем не менее, прямая связь между сетчаткой и соседним субталамическим ядром (STN), простирающаяся между STN и SN, хорошо установлена ​​(Hannibal, 2002). Действительно, учитывая, что STN является местом, где глубокая стимуляция мозга (DBS) облегчает дискинезию, связь сетчатки с NSD может опосредовать терапевтические эффекты DBS (Baumann-Vogel et al. , 2017). Хотя такая связь, вероятно, связана с дополнительной оптической системой, как это связано с циркадной функцией, еще предстоит определить.

Как наши клетки определяют время? · Границы для молодых умов

Аннотация

Знаете ли вы, что ваши клетки могут определять время? Каждая клетка вашего тела имеет свои собственные часы.Эти часы не похожи ни на какие другие. Нет ни шестеренок, ни шестерёнок. Время устанавливается вращением Земли, так что наши тела идеально согласованы с днем ​​и ночью. Хотя вы можете даже не знать об их существовании, эти часы контролируют многие аспекты вашей жизни. От того, когда вы едите и спите, до вашей способности концентрироваться или быстро бегать, часы управляют всем. Как работают эти часы и как они показывают время? Что происходит с нашими часами, если мы смотрим телевизор поздно ночью или летим на другой конец света? В этой статье рассматриваются эти вопросы и объясняются научные открытия, которые помогли нам понять ответы.

Биологические часы

Наши клетки научились определять время раньше нас. Каждая клетка нашего тела имеет свои собственные часы. В отличие от часов, к которым мы привыкли, часы в наших клетках не имеют ни шестеренки, ни шестеренки: они биологические. Наши биологические часы показывают почти идеальное время с 24-часовым циклом света и тьмы на Земле. Мы называем этот регулярный суточный цикл циркадным ритмом . Слово «циркадный» происходит от латинского circa и dies , что означает «круглый день».Циркадный ритм выравнивает наш цикл сна-бодрствования с циклом свет-темнота, так что мы бодрствуем днем ​​и сонливы ночью. Он готовит кишечник к перевариванию пищи в течение дня, но помогает нам не чувствовать голода, когда мы спим ночью. Он определяет, когда мы наиболее бдительны (середина утра), когда мы наиболее координируемы (рано днем) и когда у нас наибольшая мышечная сила (конец дня). Температура тела и артериальное давление также повышаются и снижаются в течение дня. Даже наша иммунная система работает по 24-часовому графику, руководствуясь циркадным ритмом.

Циркадные ритмы не уникальны для человека: почти каждый организм на Земле имеет биологические часы. Часы растений заставляют их листья открываться днем ​​и закрываться ночью. Часы ночных животных способствуют активности ночью и сну днем. Отслеживая изменения продолжительности светового дня, растения и животные могут следовать как годовому, так и ежедневному ритму. От цветов, распускающихся весной, до бабочек-монархов, мигрирующих перед зимой, за это ответственны биологические часы.За исключением самых темных пещер и самых глубоких океанов, куда никогда не попадает солнечный свет, вся жизнь на нашей планете синхронизирована с вращением Земли.

Шестеренки часов

Наши биологические часы не похожи ни на какие часы, которые мы могли бы читать. Винтики часов — это белки. Часовые белки производятся и расщепляются в течение 24-часового цикла (подробное объяснение см. во вставке 1). Этот цикл тикает в каждой клетке тела, а это означает, что каждая клетка имеет свои собственные часы. Но как все эти отдельные крошечные часы синхронизируются друг с другом? Они координируются центральными напольными часами в мозгу, которые называются супрахиазматическим ядром (сокращенно СХЯ). SCN синхронизирует все наши сотовые часы с вращением Земли. Как он выполняет эту сложную задачу? Использование солнечного света! (Фигура 1).

Вставка 1 — Часовые гены и Нобелевская премия 2017 года.

В 1971 году Сеймур Бензер и Рональд Конопка обнаружили странную плодовую мушку с измененным циркадным ритмом. Исследователи обнаружили, что у этой мухи была мутация в одном гене, который они назвали периодом [1]. Это было первое свидетельство того, что наши часы контролируются нашими генами.В этот день был открыт первый «часовой ген».

Так как же период заставляет наши часы тикать? Ученые обнаружили, что период образует белок PER . PER производится и разрушается в непрерывном 24-часовом цикле (рис. 2). Ночью период дает инструкции для выполнения PER. По мере накопления PER в цитоплазме клетки он соединяется с другим белком, TIM. Будучи связанным с TIM, PER может проникать в ядро ​​клетки, где живет ген периода .Здесь PER сообщает периоду , чтобы он прекратил производить больше PER. В течение дня PER медленно разрушается. С приближением ночи количество PER в клетке становится настолько низким, что весь цикл начинается заново, и производится новая порция PER. Открытие этого цикла было настолько монументальным, что Нобелевская премия 2017 г. была присуждена ученым, которые его сделали: Джеффри С. Холлу, Майклу Росбашу и Майклу У. Янгу [2].

  • Рис. 1. Выравнивание наших часов по солнечному свету.
  • Солнечный свет улавливается специальными светочувствительными клетками, называемыми ipRGC, в задней части глаза.ipRGC посылают сигналы в SCN в головном мозге. Эти сигналы обрабатываются для координации часов в каждой клетке тела, чтобы они синхронизировались с циклом свет-темнота.
  • Рисунок 2 — Зубцы биологических часов.
  • Уровень белка PER следует 24-часовому циклу, повышаясь ночью и снижаясь в течение дня. (1) Белок PER вырабатывается из гена периода в ночное время. (2) В цитоплазме белок PER соединяется с белком TIM, позволяя ему проникнуть в ядро. (3) Находясь внутри ядра, PER ингибирует собственное производство. Когда уровень PER падает ниже определенного значения, производство PER снова увеличивается. Весь цикл занимает 24 часа.

Установка часов по солнечному свету

Как и старые часы, биологические часы необходимо каждый день настраивать на точное время. Свет улавливают клетки в задней части наших глаз, называемые фоторецепторами. Большинство фоторецепторов улавливают свет, чтобы мы могли видеть окружающий мир. Но в 2002 г. был открыт новый тип фоторецепторов, посылающих сигналы непосредственно в СХЯ [3]. Эти специальные фоторецепторы называются собственными светочувствительными ганглиозными клетками сетчатки, или ipRGCs . Если ipRGC работают, даже слепые люди могут поддерживать свои ритмы в соответствии с солнечным светом [4].

Используя солнечный свет, СХЯ может регулировать циркадные ритмы с постепенными изменениями светового дня по мере смены времен года. Но внезапные изменения в цикле свет-темнота могут заставить нас чувствовать себя совершенно не в своей тарелке.Вы могли испытать это на себе: это называется сменой часовых поясов. С момента изобретения самолетов люди могли пересекать часовые пояса за считанные часы. Самолет может выбросить нас при ярком дневном свете, когда наши биологические часы готовят нас ко сну. Это может вызывать у нас сонливость, головокружение и даже тошноту. Симптомы смены часовых поясов могут сохраняться в течение нескольких дней, потому что SCN требуется время, чтобы настроиться на новый часовой пояс. Теперь, когда вы знаете, что СХЯ использует свет, чтобы приспособиться к времени суток, вы не удивитесь, узнав, что лучшее лекарство — провести некоторое время на солнце!

Мы путаем наши часы?

Более четырех миллиардов лет Солнце было единственным источником света на планете Земля.Всего 150 лет назад Томас Эдисон изобрел лампочку. С тех пор наша планета залита светом. Мы воспринимаем доступ к свету как нечто само собой разумеющееся — это так же просто, как щелкнуть выключателем. Однако стоит ли нам щелкать выключателем более осторожно? Исследования показывают, что искусственный свет мешает нашим циркадным ритмам.

Планета, которая никогда не спит

Искусственный свет означает, что мы можем продлить дневную деятельность до ночи. Это создает 24-часовую культуру с ресторанами и магазинами, открытыми всю ночь.Мы можем заниматься практически любой деятельностью, от чтения до вождения, в любое время суток. В этом есть свои преимущества. Например, доступ к медицинскому обслуживанию в любое время является спасительной реальностью. Но как насчет врачей и медсестер, которые работают всю ночь? Людям, работающим ночью, приходится переключать циклы сна и бодрствования туда и обратно, и часто дни напролет не видят естественного солнечного света. Это может привести к тому, что их биологические часы будут сбиты с толку, и тогда все вещи, которые зависят от их часов, также будут сбиты с толку, включая сон.Возможные последствия этого для здоровья перечислены во вставке 2. Мы должны делать все возможное, чтобы наши циркадные часы шли в ногу со временем.

Вставка 2. Последствия спутанного циркадного ритма и потери сна.

Правильный сон и регулярный циркадный ритм необходимы для поддержания хорошего функционирования нашего тела и разума. Что важнее — сон или циркадный ритм? На этот вопрос сложно ответить, потому что трудно разрушить одно, не разрушив другое. Если вы путаете свой циркадный ритм (т.g., с сменой часовых поясов), вы обычно также теряете сон. Если вы не спите ночью (например, из-за ночного использования экрана), это может нарушить ваш циркадный ритм. Кратковременные сбои могут вызвать немедленные проблемы, которые обычно обратимы при хорошем сне. Хроническая потеря сна или нарушение циркадных ритмов могут привести к долговременным проблемам с телом и разумом.

Кратковременная потеря сна или биоритм

  • — Проблемы с концентрацией внимания
  • — Повышенный стресс
  • — Эмоциональное расстройство
  • — плохое самочувствие
  • — Проблемы с памятью и трудности в обучении
  • — Плохая физическая работоспособность и координация

Длительная потеря сна или спутанность циркадных ритмов

  • − Расстройства настроения и психологические проблемы
  • — Проблемы с сердцем и кровяным давлением
  • — Ожирение и диабет
  • — Снижение иммунного ответа
  • — Повышенный риск рака
  • — Ухудшение существующих заболеваний

Экранное время

У наших циркадных ритмов появился новый враг: светодиодные экраны. Телефоны, компьютеры и телевизоры имеют светодиодные экраны, которые излучают огромное количество синего света. Синий — это цвет света, который лучше всего обнаруживают ipRGC. Когда этот синий свет исходит от солнца, это хорошо — наш мозг получает сигнал от ipRGC: «Сейчас день, бодрствуйте». В ответ СХЯ подавляет выработку гормона мелатонина, вызывающего сонливость. Когда солнце садится, вокруг больше нет естественного синего света, поэтому вырабатывается мелатонин, и мы становимся сонными (рис. 3).

  • Рисунок 3. Влияние света на гормон сонливости.
  • Мелатонин — гормон, вызывающий сонливость. (A) Sunshine останавливает выработку нового мелатонина (на картинке кран выключен). Но мелатонин всегда расщепляется (на фото капает). Так, в дневное время уровень мелатонина в организме низкий, и мы не чувствуем сонливости. (B) Темнота запускает выработку мелатонина (на картинке кран включен). Итак, уровень мелатонина повышается, и мы становимся сонными, когда пора ложиться спать. (C) Использование светодиодных экранов после наступления темноты мешает этому ритму, останавливая выработку мелатонина, как это делает солнце.Это мешает нам чувствовать сонливость, даже если наше тело готово ко сну.

Теперь представьте, что произойдет, если вы включите светодиодный экран после наступления темноты. Синий свет будет обнаружен вашими ipRGC, которые не смогут сказать, что синий свет исходит не от солнца. Итак, ваш мозг получает тот же сигнал: «Сейчас день, не спите». SCN говорит организму производить меньше мелатонина, и уровень мелатонина падает [5]. С небольшим количеством мелатонина может быть очень трудно заснуть, даже перед сном.Чтобы не сбить с толку наши циркадные часы, мы должны стараться не пользоваться электронными устройствами после наступления темноты; может быть даже лучше оставить их на ночь в другой комнате. Это может показаться радикальным, но всего одна ночь бессонницы и нарушения циркадных ритмов может иметь серьезные последствия для тела и разума (вставка 2).

Резюме

Не имея возможности видеть или читать их, крошечные часы в наших телах отсчитывают время с вращением Земли. Эти часы контролируют поведение почти всех организмов на планете, гарантируя, что все мы делаем правильные вещи в нужное время суток.Основой этих часов являются гены и белки, вращающиеся в 24-часовом ритме внутри каждой клетки. Все эти клеточные часы координируются центральными дедушкиными часами в мозгу. Солнечный свет используется для синхронизации внутреннего ритма с окружающим миром. Обычно весь этот процесс происходит настолько плавно, что мы даже не замечаем наши биологические часы. Но когда наши часы не синхронизированы, мы чувствуем последствия. Наш современный мир с круглосуточным освещением, светодиодными экранами и авиаперелетами может сбить наши биологические часы.Мы должны сделать все, что в наших силах, чтобы помочь нашим часам идти в ногу со временем.

Вклад авторов

KFA и JJH провели совместное исследование и написали статью.

Глоссарий

Биологические часы : Молекулярный механизм, отслеживающий время в клетках организма и порождающий циркадные ритмы.

Циркадный ритм : Любой процесс в организме, который соответствует 24-часовому ритму или циклу.

Период : Часовой ген, кодирующий белок PER.

PER : Белок, участвующий в установлении циркадного ритма: его уровни колеблются в соответствии с регулярным 24-часовым циклом.

Цитоплазма : Желеобразное вещество, придающее клетке форму.

SCN : Супрахиазматическое ядро ​​— часть мозга, которая контролирует и синхронизирует циркадные ритмы всего организма.

ipRGC : Внутренняя светочувствительная ганглиозная клетка сетчатки, представляющая собой особую клетку в задней части глаза, которая обнаруживает свет и отправляет эту информацию непосредственно в СХЯ.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить Изабель Уайтли за ее тщательный обзор статьи и Карла Боша за его проницательные комментарии к рисункам. К.А. также хотела бы поблагодарить Патологическое общество за финансирование ее помещения в JH.


Каталожные номера

[1] Конопка, Р. Дж., и Бензер, С. 1971. Часовые мутанты Drosophila melanogaster . Проц. Натл. акад. науч. США . 68:2112–6. doi: 10.1073/pnas.68.9.2112

[2] Нобелевская премия. Нобелевская премия по физиологии и медицине 2017 г. – Пресс-релиз . Доступно в Интернете по адресу: https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2017/press.html (по состоянию на 14 июля 2018 г. ).

[3] Берсон Д.М. 2003. Странное видение: ганглиозные клетки как циркадианные фоторецепторы. Trends Neurosci . 26:314–20. doi: 10.1016/S0166-2236(03)00130-9

[4] Czeisler, C.A., Shanahan, T.L., Klerman, E.B., Martens, H., Brotman, D.J., Emens, J.S., et al. 1995. Подавление секреции мелатонина у некоторых слепых пациентов при воздействии яркого света. Н. англ. Дж. Мед. 332:6–11. дои: 10.1056/NEJM199501053320102

[5] Пилорз, В., Tam, S.K.E., Hughes, S., Pothecary, C.A., Jagannath, A., Hankins, M.W., et al. 2016. Меланопсин регулирует реакцию на свет, как стимулирующую сон, так и стимулирующую пробуждение. ПЛОС Биол . 14:e1002482. doi: 10.1371/journal.pbio.1002482

Биологические часы: их значение для иммуноаллергических заболеваний | Clinical and Molecular Allergy

  • http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2017/press. html?utm_source=twitter&utm_medium=social&utm_campaign=twitter_tweet.По состоянию на 30 октября 2017 г.

  • Callaway E, Ledford H. Медицина Нобелевская премия за работу над циркадными часами. Природа. 2017;550(7674):18.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Бурки Т. Нобелевская премия присуждена за открытия в области циркадных ритмов. Ланцет. 2017;390(10104):e25.

    ПабМед Статья Google ученый

  • Хуссе Дж., Эйхеле Г., Остер Х.Синхронизация системы циркадных ритмов млекопитающих: свет может управлять периферийными часами независимо от часов СХЯ: альтернативные пути вовлечения оптимизируют согласование сети циркадных часов организма с внешним временем. Биоэссе. 2015;37(10):1119–28.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Geiger SS, Fagundes CT, Siegel RM. Хроноиммунология: прогресс и проблемы в понимании связи между циркадной и иммунной системами. Иммунология. 2015;146(3):349–58.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Панда С. Циркадная физиология метаболизма.Наука. 2016;354(6315):1008–15.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Зарринпар А., Чайкс А., Панда С. Ежедневные режимы питания и их влияние на здоровье и болезни. Тенденции Эндокринол Метаб. 2016;27(2):69–83.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Kofuji P, Mure LS, Massman LJ, Purrier N, Panda S, Engeland WC. Внутренне светочувствительные ганглиозные клетки сетчатки (ipRGC) необходимы для светоуноса периферических часов. ПЛОС ОДИН. 2016;11(12):e0168651.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Холл Дж.С.Криптохромы: сенсорная рецепция, трансдукция и функции часов, обслуживающие циркадные системы. Курр Опин Нейробиол. 2000;10(4):456–66.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Cyran SA, Buchsbaum AM, Reddy KL, Lin MC, Glossop NR, Hardin PE, et al. vrille, Pdp1 и dClock образуют вторую петлю обратной связи в циркадных часах дрозофилы. Клетка. 2003;112(3):329–41.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Менет Дж.С., Пескаторе С., Росбаш М.ЧАСЫ: BMAL1 является новаторским транскрипционным фактором. Гены Дев. 2014;28(1):8–13.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Янг М.В., Джексон Ф.Р., Шин Х.С., Барджелло Т.А. Биологические часы у дрозофилы. В: Симпозиумы по количественной биологии в Колд-Спринг-Харбор, том. 50; 1985. с. 865–75.

  • Росбаш М., Холл Ю.С. Биологические часы у дрозофилы: поиск молекул, которые заставляют их тикать.Клетка. 1985;43(1):3–4.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Хардин П.Е., Холл Дж.С., Росбаш М. Циркадные колебания уровней мРНК гена периода регулируются транскрипцией. Proc Natl Acad Sci USA. 1992;89(24):11711–5.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Хардин П.Е., Холл Дж.С., Росбаш М. Обратная связь продукта гена периода дрозофилы с циркадным циклом уровней ее матричной РНК.Природа. 1990;343(6258):536–40.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Молодой МВ. 24-часовые часы жизни: молекулярный контроль циркадных ритмов в клетках животных. Тенденции биохимических наук. 2000;25(12):601–6.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Вийнен Х., Янг М.В. Взаимодействие циркадных часов и метаболических ритмов. Анну Рев Жене.2006;40:409–48.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Дибнер С. , Шиблер У., Альбрехт У. Система циркадного ритма млекопитающих: организация и координация центральных и периферических часов. Annu Rev Physiol. 2010;72:517–49.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Menet JS, Abruzzi KC, Desrochers J, Rodriguez J, Rosbash M.Механизмы динамической репрессии PER в циркадных часах дрозофилы: от на-ДНК к вне-ДНК. Гены Дев. 2010;24(4):358–67.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Бойвин Д.Б., Джеймс Ф.О., Ву А., Чо-Парк П.Ф., Сюн Х., Сун З.С. Гены циркадных часов колеблются в мононуклеарных клетках периферической крови человека. Кровь. 2003;102(12):4143–5.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Bollinger T, Leutz A, Leliavski A, Skrum L, Kovac J, Bonacina L, et al.Циркадные часы в мышиных и человеческих CD4+ Т-клетках. ПЛОС ОДИН. 2011;6(12):e29801.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Шайерманн С., Кунисаки Ю., Френетт П.С. Циркадный контроль иммунной системы. Нат Рев Иммунол. 2013;13(3):190–8.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Грин CB, Такахаши Дж.С., Басс Дж.Метр метаболизма. Клетка. 2008;134(5):728–42.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Молодой МВт. Молекулярный контроль циркадных поведенческих ритмов и их вовлечение у дрозофилы. Анну Рев Биохим. 1998; 67: 135–52.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Браун Р.Л., Робинсон П.Р. Меланопсин — проливающий свет на неуловимый циркадный фотопигмент. Хронобиол Инт. 2004;21(2):189–204.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Золтовски Б.Д., Вайдья А.Т., Топ Д., Видом Дж., Янг М.В., Крейн Б.Р. Структура полноразмерного криптохрома дрозофилы. Природа. 2011; 480(7377):396–9.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Spies CM, Hoff P, Mazuch J, Gaber T, Maier B, Strehl C, et al.Циркадные ритмы клеточного иммунитета при ревматоидном артрите: исследование, создающее гипотезы. Клин Эксперт Ревматол. 2015;33(1):34–43.

    ПабМед Google ученый

  • Дикмейс Т. Глюкокортикоиды и циркадные часы. J Эндокринол. 2009; 200(1):3–22.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Чермакян Н., Ланге Т., Голомбек Д., Саркар Д., Накао А., Шибата С. и др. Перекрестные помехи между схемой циркадных часов и иммунной системой. Хронобиол Инт. 2013;30(7):870–88.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Лабрек Н., Чермакян Н.Циркадные часы в иммунной системе. J Биол Ритмы. 2015;30(4):277–90.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Халберг Ф., Джонсон Э.А., Браун Б.В., Биттнер Дж.Дж. Ритм чувствительности к эндотоксину E. coli и биоанализ. Proc Soc Exp Biol Med. 1960; 103: 142–4.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Чжоу М., Ван В., Карапетян С., Мвимба М., Маркес Дж., Бухлер Н.Е. и др.Окислительно-восстановительный ритм усиливает циркадные часы, чтобы активировать иммунный ответ. Природа. 2015; 523(7561):472–6.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Маврудис П.Д., Шефф Д.Д., Кальвано С.Е., Андрулакис ИП. Системная биология циркадианно-иммунных взаимодействий. J Врожденный иммунитет. 2013;5(2):153–62.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Ласселин Дж., Рехман Ю.Ю., Акерстедт Т., Лекандер М., Аксельссон Дж.Влияние длительного ограничения сна и последующего восстановительного сна на суточные ритмы субпопуляций лейкоцитов. Мозг Behav Immun. 2015;47:93–9.

    ПабМед Статья Google ученый

  • Акерманн К., Ревелл В.Л., Лао О., Ромбаутс Э.Дж., Скин Д.Дж., Кайзер М. Суточные ритмы в популяциях клеток крови и влияние острой депривации сна у здоровых молодых мужчин. Спать. 2012;35(7):933–40.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Gamaldo CE, Spira AP, Hock RS, Salas RE, McArthur JC, David PM, et al.Сон, функционирование и ВИЧ: мультиметодическая оценка. СПИД Поведение. 2013;17(8):2808–15.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Кларк Дж. П. 3-й, Сампаир КС, Кофуджи П., Нат А., Дин Дж. М. Белок ВИЧ, трансактиватор транскрипции, изменяет циркадные ритмы посредством светового захвата. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2005; 289(3):R656–62.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Ван Т., Цзян З., Хоу В., Ли З., Ченг С., Грин Л.А. и др.Белок ВИЧ Tat влияет на циркадный ритм, вмешиваясь в циркадную систему. ВИЧ мед. 2014;15(9):565–70.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Hartmann FJ, Bernard-Valnet R, Queriault C, Mrdjen D, Weber LM, Galli E, et al. Высокоразмерный анализ одиночных клеток выявляет иммунную сигнатуру нарколепсии. J Эксперт Мед. 2016;213(12):2621–33.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Кутоло М., Буттгерайт Ф., Штрауб Р.Х.Регуляция глюкокортикоидов центральной нервной системой. Клин Эксперт Ревматол. 2011;29(5 Приложение 68):S-19–22.

    Google ученый

  • Straub RH, Detert J, Dziurla R, Fietze I, Loeschmann PA, Burmester GR, et al.Воспаление является важной ковариантой перекрестных помех сна и оси HPA при ревматоидном артрите. Нейроиммуномодуляция. 2017;24(1):11–20.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Spies CM, Straub RH, Cutolo M, Buttgereit F. Циркадные ритмы в ревматологии — глюкокортикоидная перспектива. Артрит Res Ther. 2014;16(Приложение 2):S3.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Буттгерайт Ф., Смолен Дж.С., Куган А.Н., Кайохен К.Часы: хронобиология при ревматоидном артрите. Нат Рев Ревматол. 2015;11(6):349–56.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • La Morgia C, Ross-Cisneros FN, Sadun AA, Carelli V. Ганглиозные клетки сетчатки и циркадные ритмы при болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и других. Фронт Нейрол. 2017;8:162.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Вьен Дж., Спанн Р., Го Ф., Росбаш М.Возрастное снижение восстановительного сна и порога пробуждения у дрозофилы. Спать. 2016;39(8):1613–24.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Менет Дж. С., Росбаш М. Когда мозговые часы теряют счет времени: причина или следствие нервно-психических расстройств. Курр Опин Нейробиол. 2011;21(6):849–57.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Ян С.С., Ван В. Влияние старения хрусталика и операции по удалению катаракты на циркадный ритм. Int J Офтальмол. 2016;9(7):1066–74.

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Шварцбурд PM.Катаболические и анаболические стороны инсулинорезистентности и их нарушений: новый взгляд на циркадный контроль метаболических нарушений, ведущих к диабету. Будущая наука О.А. 2017;3(3):ФСО201.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Сундар И.К., Яо Х., Селликс М.Т., Рахман И. Циркадные клеточные и молекулярные функции легких при хронических заболеваниях дыхательных путей. Am J Respir Cell Mol Biol. 2015;53(3):285–90.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Сайто Дж., Гибеон Д., Маседо П., Мензис-Гоу А., Бхавсар П.К., Чанг К.Ф.Домашние суточные колебания фракции оксида азота в выдыхаемом воздухе для контроля астмы. Eur Respir J. 2014;43(2):474–84.

    ПабМед Статья Google ученый

  • Ферраз Э., Борхес М.С., Вианна Э.О.Влияние ночной астмы на хронотип. Дж Астма. 2008;45(10):911–5.

    ПабМед Статья Google ученый

  • Даррингтон Х.Дж., Фэрроу С.Н., Лаудон А.С., Рэй Д.В. Циркадные часы и астма. грудная клетка. 2014;69(1):90–2.

    ПабМед Статья Google ученый

  • Sukumaran S, Jusko WJ, Dubois DC, Almon RR. Осцилляции свет-темнота в транскриптоме легких: последствия для гомеостаза легких, восстановления, метаболизма, болезней и действия лекарств.J Appl Physiol (1985). 2011;110(6):1732–47.

    Артикул Google ученый

  • Эсно С., Фанг Ю., Келли Э.А., Седжвик Дж.Б., Файн Дж., Малтер Дж.С. и др.Суточные изменения гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора в циркулирующих эозинофилах. Энн Аллергия Астма Иммунол. 2007;98(1):75–82.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Накао А., Накамура Ю., Шибата С. Циркадные часы действуют как мощный регулятор аллергической реакции. Аллергия. 2015;70(5):467–73.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Андо Н., Накамура Ю., Ишимару К. , Огава Х., Окумура К., Симада С. и др.Аллергенспецифическая реактивность базофилов при сезонном аллергическом рините меняется в течение дня. Аллергия. 2015;70(3):319–22.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Фидан В., Альп Х.Х., Гозелер М., Карааслан О., Бинай О., Чинги С. Различия ритма мелатонина и кортизола у пациентов с аллергическим ринитом. Am J Отоларингол. 2013;34(5):416–9.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Гонсалес-Нуньес В., Валеро А.Л., Муллол Дж.Влияние сна как специфического маркера качества жизни при аллергическом рините. Curr Allergy Asthma Rep. 2013;13(2):131–41.

    ПабМед Статья Google ученый

  • Хонма А., Ямада Ю., Накамару Ю., Фукуда С., Хонма К., Хонма С. Глюкокортикоиды сбрасывают носовые циркадные часы у мышей. Эндокринология. 2015;156(11):4302–11.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Камфферман Д., Кеннеди Д.Д., Голд М., Мартин А.Дж., Лашингтон К.Экзема и сон и ее связь с дневным функционированием у детей. Sleep Med Rev. 2010;14(6):359–69.

    ПабМед Статья Google ученый

  • Fishbein AB, Vitaterna O, Haugh IM, Bavishi AA, Zee PC, Turek FW, et al. Ночная экзема: обзор сна и циркадных ритмов у детей с атопическим дерматитом и направления будущих исследований. J Аллергия Клин Иммунол. 2015;136(5):1170–7.

    ПабМед Статья Google ученый

  • Такита Э., Йокота С., Тахара Ю., Хирао А., Аоки Н., Накамура Ю. и др.Дисфункция биологических часов усугубляет контактную гиперчувствительность у мышей. Бр Дж Дерматол. 2013;168(1):39–46.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Маурер М., Абузакук М., Берард Ф., Каноника В., Ауде Эльберинк Х., Хименес-Арнау А. и др.Бремя хронической спонтанной крапивницы является значительным: реальные данные из ASSURE-CSU. Аллергия. 2017;72:2005–16.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Фридман Б.С., Стейнберг С.К., Меггс В.Дж., Калинер М.А., Фриери М., Меткалф Д.Д. Анализ уровня гистамина в плазме у пациентов с заболеваниями тучных клеток. Am J Med. 1989;87(6):649–54.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Накамура Ю., Накано Н., Ишимару К., Андо Н., Като Р., Судзуки-Иноуэ К. и др. Ингибирование IgE-опосредованных аллергических реакций путем фармакологического воздействия на циркадные часы.J Аллергия Клин Иммунол. 2016;137(4):1226–35.

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Андо Н., Накамура Ю., Аоки Р., Ишимару К., Огава Х., Окумура К. и др. Циркадные генные часы регулируют псориазоподобное воспаление кожи у мышей. J Расследуя дерматол. 2015;135(12):3001–8.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Тик-так биологических часов

    Примечание редактора (02. 10.17): За семнадцать лет до того, как Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена трем американцам.S. за их исследования биологических часов, один из них, Майкл У. Янг, изложил отчет в Scientific American , описывая генетические исследования, которые выявили «молекулярные часы», которые повсеместно распространены во всем царстве животных. Если вам интересно понять биологию циркадных ритмов — кто не страдал от смены часовых поясов? — Янг приводит здесь, возможно, наиболее убедительную и доступную историю о том, как развивались эти исследования. Пожалуйста, прочитайте это ясное описание охоты за молекулярными часами, которую Scientific American  принесло вам большую часть двух десятилетий до того, как трое исследователей столкнулись со сменой часовых поясов во время поездки в Стокгольм.

    Вы должны бороться с желанием заснуть в 7 часов вечера. Вы голодны в 3 часа дня. но не имеют аппетита, когда приближается время ужина. Вы просыпаетесь в 4 часа утра и не можете снова заснуть. Этот сценарий знаком многим людям, которые летели с восточного побережья США в Калифорнию, путешествие, которое влечет за собой трехчасовую разницу во времени. Во время недельной командировки или отпуска ваше тело не успевает акклиматизироваться к новому графику, как пора снова возвращаться домой, где вы должны еще раз привыкнуть к старому распорядку.Почти каждый день мои коллеги и я помещаем партию из плодовых мушек Drosophila в симулированную поездку из Нью-Йорка в Сан-Франциско или обратно во время смены часовых поясов. У нас в лаборатории есть несколько инкубаторов размером с холодильник: один с маркировкой «Нью-Йорк», другой — с маркировкой «Сан-Франциско». Свет внутри этих инкубаторов включается и выключается по мере восхода и захода солнца в этих двух городах. (Для согласованности мы планируем восход солнца в 6 утра и закат в 6 вечера для обоих мест.) Температура в двух инкубаторах постоянная, приятная 77 градусов по Фаренгейту.

    Мухи совершают симулированное путешествие внутри небольших стеклянных трубок, упакованных в специальные лотки, которые отслеживают их движения с помощью узкого луча инфракрасного света. Каждый раз, когда муха попадает в луч, она отбрасывает тень на фототранзистор в лотке, который подключен к компьютеру, который записывает активность. Перелет из Нью-Йорка в Сан-Франциско по времени не требует для наших мух пятичасового перелета: мы просто отсоединяем наполненный мухами лоток в одном инкубаторе, переносим его в другой и подключаем.

    Мы использовали наш трансконтинентальный экспресс, чтобы идентифицировать и изучить функции нескольких генов, которые, по-видимому, являются теми шестеренками в работе биологических часов, которые контролируют циклы дня и ночи широкого круга организмов, в том числе не только плодовых мухи, но и мыши, и люди. Идентификация генов позволяет нам определить белки, которые они кодируют — белки, которые могут служить мишенями для лечения широкого спектра расстройств, от нарушений сна до сезонной депрессии.

    Главным винтиком биологических часов человека является супрахиазматическое ядро ​​(СХЯ), группа нервных клеток в области основания мозга, называемой гипоталамусом. Когда свет попадает каждое утро на сетчатку глаза, специализированные нервы посылают сигналы в СХЯ, которая, в свою очередь, контролирует цикл производства множества биологически активных веществ. Например, SCN стимулирует близлежащую область мозга, называемую шишковидной железой. Согласно инструкциям SCN, шишковидная железа ритмично вырабатывает мелатонин, так называемый гормон сна, который теперь доступен в виде таблеток во многих магазинах здоровой пищи.По мере того, как день переходит в вечер, шишковидная железа постепенно начинает вырабатывать больше мелатонина. Когда уровень гормона в крови повышается, наблюдается умеренное снижение температуры тела и повышенная склонность ко сну.

    Кредит: Синтия Тернер

    Человеческие часы

    Хотя кажется, что свет сбрасывает биологические часы каждый день, дневной и ночной, или циркадный, ритм продолжает действовать даже у людей, лишенных света, что указывает на то, что активность СХЯ является врожденной.В начале 1960-х годов Юрген Ашофф из Института поведенческой физиологии Макса Планка в Зевизене, Германия, и его коллеги показали, что добровольцы, которые жили в изолированном бункере — без естественного освещения, часов или других подсказок о времени — тем не менее поддерживали примерно нормальный цикл сна-бодрствования 25 часов.

    Совсем недавно Чарльз Чейслер, Ричард Э. Кронауэр и их коллеги из Гарвардского университета определили, что человеческий циркадный ритм на самом деле ближе к 24 часам — 24 часам.18 часов, если быть точным. Ученые изучили 24 мужчин и женщин (11 из которых были в возрасте 20 лет и 13 из которых были в возрасте 60 лет), которые прожили более трех недель в среде без сигналов времени, кроме слабого цикла света и темноты, который был искусственно создан. установлен на 28 часов, и это давало испытуемым сигналы о том, что пора спать.

    Они измерили внутреннюю температуру тела участников, которая обычно падает ночью, а также концентрацию в крови мелатонина и гормона стресса, называемого кортизолом, который падает вечером.Исследователи заметили, что даже несмотря на то, что дни испытуемых аномально удлинились на четыре часа, их температура тела и уровни мелатонина и кортизола продолжали функционировать в соответствии с их собственными внутренними 24-часовыми циркадными часами. Более того, возраст, по-видимому, не влиял на ход часов: в отличие от результатов предыдущих исследований, которые предполагали, что старение нарушает циркадные ритмы, колебания температуры тела и гормонов у пожилых людей в гарвардском исследовании были такими же высокими. регулярны, как у младшей группы.

    Какими бы информативными ни были исследования бункера, для исследования генов, лежащих в основе биологических часов, ученым пришлось обратиться к плодовым мушкам. Мухи идеально подходят для генетических исследований, потому что у них короткая продолжительность жизни и они маленькие, а это означает, что исследователи могут разводить и скрещивать тысячи их в лаборатории, пока не появятся интересные мутации. Чтобы ускорить процесс мутации, ученые обычно подвергают мух воздействию химических веществ, вызывающих мутации, называемых мутагенами.

    Первые мутанты мух с измененными циркадными ритмами были идентифицированы в начале 1970-х Роном Конопкой и Сеймуром Бензером из Калифорнийского технологического института. Эти исследователи кормили мутагеном нескольких плодовых мушек, а затем наблюдали за перемещением 2000 потомков, частично используя тот же аппарат, который мы сейчас используем в наших экспериментах из Нью-Йорка в Сан-Франциско. У большинства мух был нормальный 24-часовой циркадный ритм: насекомые были активны примерно 12 часов в день, а остальные 12 часов отдыхали. Но у трех мух были мутации, из-за которых они нарушили шаблон. У одной мухи был 19-часовой цикл, у другой — 28-часовой, а у третьей мухи вообще не было циркадного ритма, она отдыхала и становилась активной, по-видимому, случайным образом.

    Время летит

    В 1986 году моя исследовательская группа в Рокфеллеровском университете и другая исследовательская группа под руководством Джеффри Холла из Университета Брандейса и Майкла Росбаша из Медицинского института Говарда Хьюза в Брандейсе обнаружили, что у трех мух-мутантов было три разных изменения в одном гене, названном периодом , или на , которые каждая из наших команд самостоятельно изолировала двумя годами ранее. Поскольку разные мутации в одном и том же гене вызвали три вида поведения, мы пришли к выводу, что на каким-то образом активно участвуют как в создании циркадного ритма у мух, так и в установлении темпа ритма.

    После выделения из мы начали задаваться вопросом, действует ли ген в одиночку, контролируя смену дня и ночи. Чтобы выяснить это, два постдока в моей лаборатории, Амита Сегал и Джеффри Прайс, исследовали более 7000 мух, чтобы выяснить, смогут ли они идентифицировать других мутантов ритма. В конце концов они нашли муху, у которой, как и у одного из мутантов на , не было явного циркадного ритма. Новая мутация оказалась на хромосоме 2, тогда как из были картированы на Х-хромосоме.Мы знали, что это должен быть новый ген, и назвали его вневременной или тим .

    Предоставлено: Cynthia Turner

    Но как новый ген связан с per? Гены состоят из ДНК, которая содержит инструкции по созданию белков. ДНК никогда не покидает ядро ​​клетки; его молекулярные рецепты считываются в виде матричной РНК, которая покидает ядро ​​и проникает в цитоплазму, где производятся белки. Мы использовали гены tim и per для получения белков PER и TIM в лаборатории.В сотрудничестве с Чарльзом Вайцем из Гарвардской медицинской школы мы заметили, что, когда мы смешивали два белка, они прилипали друг к другу, что позволяет предположить, что они могут взаимодействовать внутри клеток.

    В серии экспериментов мы обнаружили, что производство белков PER и TIM включает петлю обратной связи, подобную часовой , см. иллюстрацию слева . Гены per и tim активны до тех пор, пока концентрация их белков не станет достаточно высокой, чтобы они начали связываться друг с другом.Когда они это делают, они образуют комплексы, которые проникают в ядро ​​и отключают создавшие их гены. Через несколько часов ферменты расщепляют комплексы, гены снова запускаются, и цикл начинается заново.

    Движение стрелки времени

    Как только мы обнаружили два гена, совместно функционирующих для создания молекулярных часов, мы начали задаваться вопросом, как их можно переустановить. В конце концов, наши циклы сна и бодрствования полностью адаптируются к перемещению в любое количество часовых поясов, даже если адаптация может занять пару дней или недель.

    Именно тогда мы начали возить лотки с мухами между инкубаторами в Нью-Йорке и Сан-Франциско. Одной из первых вещей, которую мы и другие заметили, было то, что всякий раз, когда муху переводили из затемненного инкубатора в ярко освещенный, чтобы имитировать дневной свет, белки ТИМ в мозгу мухи исчезали — в считанные минуты.

    Что еще более интересно, мы заметили, что направление, в котором летели мухи, влияло на уровни их белков TIM. Если бы мы убрали мух из Нью-Йорка в 8 часов вечера.М. по местному времени, когда было темно, и поместил их в Сан-Франциско, где в 5 часов вечера было еще светло. по местному времени их уровни TIM резко упали. Но через час, когда в Сан-Франциско погас свет, ТИМ снова начал накапливаться. Очевидно, молекулярные часы мух изначально были остановлены переносом, но после некоторой задержки они возобновили свой отсчет в соответствии с новым часовым поясом.

    Напротив, мухи двигались в 4 часа утра. из Сан-Франциско испытали преждевременный восход солнца, когда их поместили в Нью-Йорк, где было 7 часов утра.М. Это движение также привело к падению уровня ТИМ, но на этот раз белок не начал снова накапливаться, потому что молекулярные часы были переведены в более раннее положение из-за переключения часового пояса.

    Мы узнали больше о механизме, лежащем в основе различных молекулярных реакций, изучив время образования РНК tim . Уровни tim РНК самые высокие примерно в 20:00. по местному времени и самый низкий между 6 утра и 8 утра Муха движется в 8 часов вечера. от Нью-Йорка до Сан-Франциско производит максимальные уровни РНК tim , поэтому белок, потерянный под воздействием света в Сан-Франциско, легко заменяется после захода солнца в новом месте.Муха летит в 4 часа утра. из Сан-Франциско в Нью-Йорк, однако, производил очень мало tim РНК перед отправлением. То, что муха воспринимает как преждевременный восход солнца, устраняет ТИМ и позволяет начать следующий производственный цикл по более раннему графику.

    Не только жуки

    Оказалось, что синдром смены часовых поясов у мух имеет прямое значение для понимания циркадного ритма у млекопитающих, включая человека. В 1997 году исследователи под руководством Хадзиме Тей из Токийского университета и Хитоши Окамуры из Университета Кобе в Японии, а также Ченг Чи Ли из Медицинского колледжа Бейлора выделили мышиные и человеческие эквиваленты на .Еще одна волна работы, на этот раз с участием многих лабораторий, выявила мышиные и человеческие формы tim в 1998 году. И гены были активны в супрахиазматическом ядре.

    Предоставлено: Cynthia Turner

    Исследования с участием мышей также помогли ответить на ключевой вопрос: что в первую очередь включает активность генов per и tim ? В 1997 году Джозеф Такаха-ши из Медицинского института Говарда Хьюза в Северо-Западном университете и его коллеги выделили ген, который они назвали Clock , мутация которого привела к появлению мышей с неразличимым циркадным ритмом. Ген кодирует фактор транскрипции, белок, который в данном случае связывается с ДНК и позволяет считывать ее как информационную РНК.

    Вскоре после этого была выделена мушиная версия гена Clock мыши, и различные исследовательские группы начали вводить комбинации генов per, tim и Clock в клетки млекопитающих и плодовых мушек. Эти эксперименты показали, что белок CLOCK нацелен на ген per у мышей и на оба гена per и tim у мух.Система прошла полный круг: у мух, чьи часы изучены лучше всего, белок CLOCK — в сочетании с белком, кодируемым геном, называемым циклом , — связывается и активирует гены per и tim , но только если в ядре нет белков PER и TIM. Эти четыре гена и их белки составляют основу биологических часов мух, и с некоторыми модификациями они, по-видимому, образуют механизм, управляющий циркадными ритмами во всем царстве животных, от рыб до лягушек, от мышей до людей.

    Недавно группа Стива Репперта в Гарварде и Джастин Блау в моей лаборатории начали исследовать специфические сигналы, связывающие биологические часы мышей и плодовых мушек с синхронизацией различных видов поведения, колебаниями гормонов и другими функциями. Похоже, что некоторые выходные гены включаются при прямом взаимодействии с белком CLOCK. PER и TIM блокируют способность CLOCK включать эти гены в то же самое время, когда они производят колебания центральной петли обратной связи, создавая расширенные паттерны циклической активности генов.

    Захватывающая перспектива на будущее связана с восстановлением целой системы генов, регулируемых часами, в таких организмах, как плодовые мушки и мыши. Вполне вероятно, что в этих сетях будут обнаружены ранее не охарактеризованные генные продукты, оказывающие интригующее влияние на поведение. Возможно, один из них или компонент самих молекулярных часов станет излюбленной мишенью для лекарств, облегчающих смену часовых поясов, побочные эффекты сменной работы, нарушения сна и связанные с ними депрессивные заболевания.Приспособиться к поездке из Нью-Йорка в Сан-Франциско однажды может стать намного проще.


    БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ

    Автор отвечает на некоторые ключевые вопросы

    Где биологические часы? У млекопитающих основные часы, определяющие цикл активности день-ночь, известный как циркадный ритм, находятся в части мозга, называемой супрахиазматическим ядром (СХЯ). Но клетки в других местах также показывают тактовую активность.

    Что движет часами? В отдельных клетках СХЯ специализированные часовые гены включаются и выключаются белками, которые они кодируют, в цикле обратной связи, который имеет 24-часовой ритм.

    Зависят ли биологические часы от нормального 24-часового цикла света и темноты? Нет. Молекулярные ритмы активности часовых генов являются врожденными и самоподдерживающимися. Они сохраняются при отсутствии в окружающей среде циклов дня и ночи.

    Какую роль играет свет в регулировании и переустановке биологических часов? Яркий свет, поглощаемый сетчаткой в ​​течение дня, помогает синхронизировать ритмы активности часовых генов с преобладающим экологическим циклом.Воздействие яркого света в ночное время сбрасывает циркадные ритмы за счет резкого изменения количества некоторых продуктов часовых генов.

    Как молекулярные часы регулируют дневную и ночную активность человека? Флуктуирующие белки, синтезируемые генами часов, контролируют дополнительные генетические пути, которые связывают молекулярные часы с синхронизированными изменениями в физиологии и поведении животного.


    ЧАСЫ ВЕЗДЕ

    Они не только в мозгу

    Большинство исследований биологических часов животных было сосредоточено на мозге, но это не единственный орган, который наблюдает ритм дня и ночи.

    Ядвига Гибултович из Университета штата Орегон идентифицировала белки PER и TIM — ключевые компоненты биологических часов — в почечных мальпигиевых канальцах плодовых мушек. Она также заметила, что белки вырабатываются в соответствии с циркадным циклом, повышаясь ночью и снижаясь в течение дня. Цикл сохраняется даже у обезглавленных мух, демонстрируя, что мальпигиевы клетки реагируют не только на сигналы мозга насекомых.

    Кроме того, исследовательская группа Стива Кея в Исследовательском институте Скриппса в Ла-Холь-ла, Калифорния.обнаружил доказательства биологических часов в крыльях, ногах, ротовой области и антеннах плодовых мушек. Перенеся гены, которые управляют производством флуоресцентных белков PER, в живых мух, Кей и его коллеги показали, что каждая ткань несет независимые фоторецепторные часы. Часы даже продолжают работать и реагируют на свет, когда у насекомого отделяют каждую ткань.

    И внечерепные биологические часы не ограничиваются плодовыми мушками. Ули Шиблер из Женевского университета показал в 1998 г., что per гены клеток соединительной ткани крысы, называемые фибробластами, активны в соответствии с циркадным циклом.

    Разнообразие различных типов клеток, демонстрирующих активность циркадных часов, предполагает, что для многих тканей правильное время достаточно важно, чтобы гарантировать его локальное отслеживание. Полученные данные могут придать новое значение термину «биологические часы». — M.W.Y.

    Внутренние часы вашего тела и то, как они влияют на ваше общее состояние здоровья

    Хотя некоторые области тела, такие как сердце, способны в какой-то степени управлять своими собственными функциями, существуют убедительные доказательства того, что биологические часы играют важную роль в контроле многих из этих колебаний (например, уровня сахара в крови) в течение 24-часового периода.

    ОКРУЖАЮЩИЕ НАРУШЕНИЯ В ЧАСАХ ТЕЛА

    Некоторые из наших лучших знаний о роли биологических часов в нашем здоровье получены из случаев, когда цикл выходит из синхронизации. Это может произойти по разным причинам, и мы только начинаем разбираться в них более подробно. Иногда мы сами делаем вещи, которые нарушают наши обычные ритмы, например, летим в далекий часовой пояс. Иногда роль играют другие факторы (например, гены или биология).

    Джетлаг

    Полет через всю страну на фоне красных глаз — яркий пример того, как мы можем сбить наши собственные часы, и гораздо более экстремальный пример, чем ритуал «прыжок вперед-назад» во многих частях США.

    Когда наступает смена часовых поясов, мы чувствуем себя дезориентированными, туманными и сонными в неподходящее время дня, потому что после смены часовых поясов наши биологические часы говорят нам, что сейчас одно время, а внешняя среда говорит нам, что это другое. Фактически, смену часовых поясов можно считать одним из видов нарушения циркадного ритма. Его можно лечить, просто позволив телу приспособиться к новому времени, хотя может потребоваться несколько дней, чтобы внешние сигналы (свет) помогли внутренним часам догнать или вернуться в новый цикл.

    Сменная работа

    Сменная работа — еще один пример того, как мы можем выйти из цикла, и это также может перерасти в нарушение циркадного ритма в долгосрочной перспективе. Люди, работающие в ночную смену, не только испытывают трудности со своим режимом сна (чувствуют сонливость на работе или испытывают бессонницу в течение дня), но и другие системы в их организме также могут ощущать последствия — и они могут быть хроническими.Точно неясно, почему существует эта связь, но это может быть связано с увеличением веса или метаболическими изменениями. Эти явления подчеркивают, как определенное поведение или образ жизни могут влиять на биологические часы, но есть и другие факторы, такие как генетика и химия тела.

    БИОЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ И ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ

    Взаимодействие часов сложно, и их влияние на различные системы организма запутанно, но мы начинаем больше понимать, как работают гайки и болты часов. работают и влияют на каждую систему тела, от нашего сердца до нашего настроения.

    Поскольку биологические часы, по сути, являются биологической сущностью, с ними могут возникнуть проблемы, которые могут быть связаны не столько с образом жизни или окружающей средой, сколько с механизмами самих часов. Например, связь между часами и диабетом заключается не только в изменении нашего цикла сна, хотя сон может иметь значение.

    Те же гены, которые контролируют рецепторы гормона сна мелатонина, участвуют в высвобождении инсулина, что также может играть роль в риске диабета.Когда гены рецептора мелатонина имеют мутации, которые нарушают связь между биологическими часами и высвобождением инсулина, у людей значительно повышается риск развития диабета.

    Как возня с нашими биологическими часами влияет на благополучие: NPR

    Трое ученых получили Нобелевскую премию по медицине за исследование наших внутренних часов. Биологические часы регулируют все, от поведения до метаболизма, и играют решающую роль в нашем здоровье.

    СТИВ ИНСКИП, ХОЗЯИН:

    Сегодня в разделе «Твое здоровье» мы послушаем, как тикают твои биологические часы. Хорошо, не буквально. На самом деле это не так, но у нас есть внутренние механизмы, которые регулируют обмен веществ и даже наше поведение. Это история, которую мы впервые рассказали вам еще в 2015 году, и которую мы возродили сегодня, потому что трое ученых получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за свои исследования того, как работают эти часы. Вот Эллисон Обри из NPR.

    АЛЛИСОН ОБРИ, БАЙЛАЙН: Недавно утром около 7:30, когда я обычно завтракаю и начинаю свой день, я встречаюсь с парнем на другом конце города, Томом Уошберном, который делает как раз противоположное. Он заканчивает свой рабочий день в качестве ночного медбрата.

    ТОМ ВАШБЕРН: У меня закончилась смена, и я устал. (Смех). Да, мне нужно поспать. Я умираю.

    ОБРИ: Вся схема его жизни перевернута с ног на голову, и он это чувствует. Вчера он ужинал где-то после полуночи.

    ВАШБЕРН: Иногда мое тело просто отказывается сотрудничать, я полагаю. И я устаю, я проголодался, я раздулся, просто, вещи — просто, мне не по себе.

    ОБРИ: Теперь не только вахтовики и путешественники, страдающие от смены часовых поясов, пересиливают свои естественные циркадные ритмы. В меньшей степени это также все те люди, которые просто не могут выключить iPad на ночь, а утром вынуждены вытаскивать себя из постели. Фред Турек — циркадный ученый из Северо-Западного университета.

    ФРЕД ТУРЕК: Эти люди совершенно не синхронны. Когда их биологические часы говорят им идти спать, они должны бодрствовать. А затем, когда они пытаются заснуть, их биологические часы говорят: «Эй, пора вставать».

    ОБРИ: Теперь, Турек говорит, что мы, безусловно, можем оправиться от трансатлантического путешествия или бессонной ночи, но когда жизнь на время становится образом жизни, многое идет наперекосяк. Исследования показывают, что если вы нарушаете цикл сна и бодрствования организма, ваше кровяное давление повышается, гормоны голода сбрасываются, а регуляция уровня сахара в крови ухудшается. Со временем, говорит Турек, это может подготовить почву для метаболических заболеваний, таких как диабет.

    ТУРЕК: Происходит то, что вы получаете полную десинхронизацию часов внутри нас, что может лежать в основе многих хронических заболеваний, с которыми мы сталкиваемся в нашем обществе.

    ОБРИ: Теперь обратите внимание, что Турек говорит часы во множественном числе внутри нас. Мы давно знаем о главных часах в нашем мозгу, которые синхронизируют наше тело с 24-часовым циклом свет-темнота, но в последние годы ученые сделали довольно интересное открытие.Оказывается, у нас в каждом органе разные часы.

    ТУРЕК: Да, во всех клетках твоего тела есть часы.

    ОБРИ: Вау. Это потрясающе.

    ТУРЕК: Да. Должен сказать, это открытие нас буквально удивило.

    ОБРИ: Турек говорит, думайте обо всех этих часах в наших телах как об инструментах или музыкантах в оркестре.

    ТУРЕК: Идея, что у сердца есть часы.

    ОБРИ: Думай об этом как о барабане.

    (ЗВУКОВОЙ БОЙ В БАРАБАН)

    ОБРИ: А почки?

    ТУРЕК: В почках есть часы — двое часов, по одному в каждой почке.

    ОБРИ: Может быть, это рога.

    (ЗВУКОВОЙ РЕЗУЛЬТАТ РОГА)

    ОБРИ: Тогда есть поджелудочная железа.

    ТУРЕК: Да, у поджелудочной железы есть часы.

    ОБРИ: Это флейта.

    (ЗВУК ИГРЫ НА ФЛЕЙТЕ)

    ОБРИ: Основные часы в нашем мозгу подобны симфоническому дирижеру, синхронизирующему всех исполнителей.

    (ЗВУК НАСТРОЙКИ СКРИПКИ)

    ТУРЕК: Как только появляется дирижер, все синхронно, и звучит красиво.

    (ЗВУК ИГРЫ СИМФОНИИ)

    ТУРЕК: Идея, что ваше тело функционально — нормально, когда все синхронно с главным дирижером в вашем мозгу.

    ОБРИ: Ты хорошо спишь, регулярно ешь и хорошо себя чувствуешь. Но что, если часы не синхронизируются?

    (ЗВУК РАЗОБРАННОГО ОРКЕСТРА)

    ТУРЕК: (Смех).Звучит — ты так плохо звучишь, да?

    ОБРИ: И, как говорит Турек, что-то подобное может происходить в наших телах. Так что вспомните Тома, ночную медсестру. Главные часы в его мозгу, настроенные на 24-часовой цикл свет-темнота, подобны дирижеру, сигнализирующему всем остальным часам в теле, что сейчас ночь. Так, например, его пищеварительные органы не ожидают еды.

    ТУРЕК: Часы в мозгу посылают сигналы. Не ешь. Не ешь.

    ОБРИ: И здесь все выходит из-под контроля.

    (ЗВУК РАЗОБРАННОГО ОРКЕСТРА)

    ОБРИ: Том должен что-то съесть в ночную смену, и исследования показывают, что когда он это делает, эта еда может сбросить часы в его пищеварительных органах. Таким образом, вместо того, чтобы синхронизироваться с главными часами, часы, скажем, в поджелудочной железе, которая должна начать вырабатывать инсулин, чтобы справиться с едой, получают конкурирующие сигналы времени.

    ТУРЕК: Поджелудочная железа слушает сигналы, связанные с приемом пищи, но это не синхронно с тем, что мозг говорит ей делать.Поэтому, если вы посылаете сигналы этим органам в неподходящее время суток, например, едите в неподходящее время суток, мы нарушаем баланс.

    ОБРИ: Итак, наука о циркадных ритмах еще только зарождается. Но появляется все больше свидетельств того, что разные органы и системы тела запрограммированы выполнять разные действия в разное время. Например, врачам давно известно, что время дня, когда вы принимаете лекарство, может влиять на его эффективность, и, по словам Турека, отчасти это связано с тем, что в определенное время дня печень лучше справляется с детоксикацией.

    ТУРЕК: Если вы принимаете наркотик в одно и то же время суток, оно может быть гораздо более токсичным, чем в другое время суток.

    ОБРИ: Вспомните недавнее исследование потери веса, проведенное ученым из Гарварда по изучению циркадных ритмов по имени Фрэнк Шеер. Он обнаружил, что время приема пищи может влиять на то, насколько люди могут сбросить вес.

    ФРЭНК ШИР: Выяснилось, что люди, которые ели основную пищу в начале дня, гораздо успешнее худели.

    ОБРИ: На самом деле, те, кто начал есть раньше, потеряли на 25 процентов больше веса, чем те, кто начал есть позже.

    ШИР: На удивление большая разница.

    ОБРИ: Теперь жители Северо-Запада Фред Турек надеется, что в будущем наука о циркадных ритмах будет иметь большое значение для медицинской практики.

    ТУРЕК: Мы хотели бы иметь возможность отслеживать сотни различных ритмов в вашем теле и определять, не синхронизированы ли они друг с другом, а затем пытаться нормализовать их.

    ОБРИ: Трудно сказать, может ли это произойти и как быстро.Но что ясно, так это то, что изучение биологии времени стремительно развивается.

    ТУРЕК: То, что мы делаем сейчас в медицине, — это то, что Эйнштейн сделал для физики в начале прошлого века. Он принес время в физику. Мы приближаем время к биологии. Это — это новое.

    ОБРИ: Ирония в том, что это озарение приходит в то время, когда все больше и больше людей игнорируют наши внутренние часы. Эллисон Обри, NPR News.

    (ЗВУК ИГРЫ НА ПИАНИНО)

    INSKEEP: Приходит в то время, когда мы игнорируем наши часы? Это то, что она сказала. Если вам трудно представить, как все эти часы тикают внутри вас, у нас есть анимированное объяснение в блоге о здоровье NPR Shots, который доступен в любое время дня и ночи.

    Copyright © 2017 NPR. Все права защищены. Посетите страницы условий использования и разрешений нашего веб-сайта по адресу www.npr.org для получения дополнительной информации.

    Стенограммы

    NPR создаются в сжатые сроки подрядчиком NPR. Этот текст может быть не в своей окончательной форме и может быть обновлен или пересмотрен в будущем.Точность и доступность могут отличаться. Официальной записью программ NPR является аудиозапись.

    Ученые собирают биологические часы в пробирке, чтобы изучить, как они работают

    Суточные циклы практически во всех аспектах нашей физиологии управляются биологическими часами (также называемыми циркадными часами) в наших клетках. Циклические взаимодействия часовых белков поддерживают биологические ритмы жизни в соответствии с суточным циклом дня и ночи, и это происходит не только у людей и других сложных животных, но даже у простых одноклеточных организмов, таких как цианобактерии.

    Группа ученых восстановила циркадные часы цианобактерий в пробирке, что позволило им изучить ритмические взаимодействия часовых белков в режиме реального времени и понять, как эти взаимодействия позволяют часам контролировать экспрессию генов. Исследователи из трех лабораторий Калифорнийского университета в Санта-Круз, Калифорнийском университете в Мерседе и Калифорнийском университете в Сан-Диего совместно работали над исследованием, опубликованным 8 октября в журнале Science .

    «Восстановление сложного биологического процесса, такого как циркадные часы, с нуля действительно помогло нам понять, как белки часов работают вместе, и позволит гораздо глубже понять циркадные ритмы», — сказала Кэрри Партч, профессор химии и биохимии в Калифорнийском университете в Санта-Клаусе. Круз и соответствующий автор исследования.

    Партч отметил, что молекулярные детали циркадных часов очень похожи у цианобактерий и человека. Наличие функционирующих часов, которые можно изучать в пробирке («in vitro»), а не в живых клетках («in vivo»), обеспечивает мощную платформу для изучения механизмов часов и того, как они реагируют на изменения. Команда провела эксперименты на живых клетках, чтобы подтвердить, что их результаты in vitro согласуются с тем, как часы работают в живых цианобактериях.

    «Эти результаты были настолько неожиданными, потому что обычно результаты in vitro несколько не согласуются с тем, что наблюдается in vivo.Внутренняя часть живых клеток очень сложна, что резко контрастирует с гораздо более простыми условиями в пробирке», — сказал Энди ЛиВанг, профессор химии и биохимии в Калифорнийском университете в Мерседе и соответствующий автор статьи.

    Новое исследование основано на предыдущей работе японских исследователей, которые в 2005 году воссоздали цианобактериальный циркадный генератор, основной 24-часовой цикл часов. Осциллятор состоит из трех родственных белков: KaiA, KaiB и KaiC. В живых клетках сигналы от осциллятора передаются через другие белки, чтобы контролировать экспрессию генов в циркадном цикле.

    Новые часы in vitro включают, помимо белков-осцилляторов, два белка-киназы (SasA и CikA), активность которых модифицируется при взаимодействии с осциллятором, а также ДНК-связывающий белок (RpaA) и его ДНК-мишень.

    «SasA и CikA соответственно активируют и деактивируют RpaA, так что он ритмично связывает и разъединяет ДНК», — объяснил ЛиВанг. «У цианобактерий это ритмичное связывание и разъединение в более чем 100 различных участках их генома активирует и деактивирует экспрессию многочисленных генов, важных для здоровья и выживания.

    Используя методы флуоресцентной маркировки, исследователи смогли отследить взаимодействие между всеми этими компонентами часов, поскольку вся система колеблется с циркадным ритмом в течение многих дней и даже недель. Эта система позволила команде определить, как SasA и CikA повышают надежность осциллятора, поддерживая его работу в условиях, в которых белки KaiABC сами по себе перестали бы колебаться.

    Исследователи также использовали систему in vitro для изучения генетических причин нарушения работы часов у аритмичных штаммов цианобактерий.Они выявили единственную мутацию в гене RpaA, которая снижает эффективность связывания ДНК с белком.

    «Изменение одной аминокислоты в транскрипционном факторе заставляет клетку терять ритм экспрессии генов, даже если ее часы не повреждены», — говорит соавтор Сьюзен Голден, директор Центра циркадной биологии Калифорнийского университета в Сан-Диего, из которых Партч и LiWang также являются членами.

    «Настоящая красота этого проекта заключается в том, что команда, набранная из трех кампусов Калифорнийского университета, собралась вместе, чтобы объединить подходы к ответу на то, как клетка может определять время», — добавила она.«Активное сотрудничество вышло далеко за рамки основных исследователей: студенты и постдоки, прошедшие подготовку в различных дисциплинах, совещались между собой, чтобы поделиться генетикой, структурной биологией и биофизическими данными, объясняя друг другу значение своих открытий. Междисциплинарное общение было столь же важно для успеха проекта, как и впечатляющие навыки исследователей».

    В число авторов статьи входят первые авторы Арчана Чаван и Джоэл Хейслер из Калифорнийского университета в Мерседе и Джеффри Свон из Калифорнийского университета в Санта-Круз, а также соавторы Сигдем Санкар, Дастин Эрнст и Минсю Фанг из Калифорнийского университета в Сан-Диего, а также Джозеф Паласиос, Ребекка Спенглер, Клайв Бэгшоу, Сарвинд Трипати и Прия Кросби из Калифорнийского университета в Санта-Круз.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.