Биологи раскрыли связь между биологическими часами и активностью нейронов

Биологи из Нью-Йоркского университета обнаружили один из механизмов, с помощью которого биологические часы контролируют нейронную активность. Это открытие проливает новый свет на циклы сна и бодрствования и предлагает новые направления для исследований терапии нарушений сна и джетлага.

Исследователи выяснили, как информация от биологических часов запускает ритмы в электрической активности нейронов-водителей ритма, которые, в свою очередь, управляют поведенческими ритмами.

Метод исследования

Учёные изучили циркадные часы плодовых мушек Drosophila, которые часто используются в этой области. Они сфокусировались на восьми главных нейронах-водителях ритма в центральном мозге, которые задают время ежедневных переходов между сном и бодрствованием у мухи. Эти нейроны были изолированы, и учёные определили наборы генов, экспрессируемых по-разному на рассвете и в сумерках.

Ключевое открытие

В центре внимания оказался ген Ir. Было обнаружено, что его экспрессия значительно выше в сумерках, чем на рассвете, и намного выше в нейронах-водителях ритма, чем в остальном мозге.

• Ген Ir кодирует калиевый канал, который помогает устанавливать состояние покоя нейронов.
• Его ритмичная экспрессия делает его отличным кандидатом для связи биологических часов с активностью нейронов-водителей ритма.
• Высокий уровень экспрессии Ir в сумерках должен значительно затруднять передачу сигналов нейронами-водителями ритма по сравнению с низким уровнем на рассвете. Это согласуется с более ранними исследованиями, показывающими, что эти нейроны активнее на рассвете.

Обратная связь

Генетические манипуляции, повышающие или понижающие уровень Ir, влияли на поведенческие ритмы. Более того, они также были связаны с изменениями во времени и силе колебаний в ядре самих биологических часов.

Это указывает на наличие петли обратной связи: ген Ir не только является выходным звеном часов, связывающим их с нейронной активностью, но и, в свою очередь, регулирует само ядро часов. Такие петли, вероятно, глубоко встроены в работу биологических часов и помогают им функционировать столь эффективно.

Исследование опубликовано в Journal of Biological Rhythms.