Новое исследование углубляет понимание регуляции циркадных ритмов в центральных часах млекопитающих

Исследовательская группа из Университета Нагои (Япония) выяснила, что нейронные сети играют ключевую роль в регуляции циркадных ритмов через посредничество внутриклеточной молекулы циклического аденозинмонофосфата (cAMP).

Это открытие может проложить путь к новым стратегиям лечения расстройств сна и других хронических состояний, связанных с нарушением циркадного ритма. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

• Роль вторых посредников: В супрахиазматическом ядре (SCN) — главных «часах» мозга — регуляция ритмов происходит не только через транскрипцию и трансляцию часовых генов, но и с участием вторых посредников, таких как cAMP и ионы кальция. Их функциональная роль оставалась неясной.
• Визуализация ритмов: Используя биолюминесцентные зонды для cAMP, ученые визуализировали его циркадные ритмы в SCN. Блокировка функции нейронной сети отменяла ритм cAMP, но не влияла на ритм ионов кальция. Это указывает на разную регуляцию: cAMP контролируется нейронной сетью, а кальций — внутриклеточными механизмами.
• Ключевой сигнал VIP: Подавление сигнализации вазоактивного интестинального пептида (VIP), рецептор которого модулирует cAMP в SCN, также приводило к потере ритма cAMP. С помощью VIP-сенсора на основе зеленого флуоресцентного белка (GRAB) ученые подтвердили, что высвобождение VIP в SCN имеет четкий циркадный ритм, зависящий от активности нейронов.
• Влияние на гены и поведение: Эксперименты на срезах SCN мышей с использованием светоиндуцируемого фермента аденилатциклазы (bPAC) показали, что манипуляция уровнем cAMP синим светом меняет циркадный ритм экспрессии часового гена Per2. Манипуляции с ритмом cAMP у живых мышей сдвигали и их поведенческий ритм.

Вывод: Внутриклеточные ритмы cAMP в SCN регулируются VIP-зависимыми нейронными сетями, и эти ритмы координируют как молекулярные циркадные колебания в SCN, так и поведенческие ритмы организма.