Новые данные о циркадных ритмах: флуктуации света восстанавливают регулярность

Колебания интенсивности света могут восстанавливать регулярность циркадных ритмов. К такому выводу пришли исследователи Хавьер Бусена (группа The SiMBioSys) и Антони Диес-Ногера (Фармацевтический факультет Университета Барселоны) в работе, опубликованной в Biophysical Journal.

У млекопитающих циркадные ритмы генерируются мультиклеточными генетическими часами в супрахиазматических ядрах (SCN) гипоталамуса, содержащих около 10 000 нейронов каждое. Для создания ритма нейроны SCN демонстрируют кооперативное клеточное поведение: они генерируют самоподдерживающиеся когерентные колебания и, взаимодействуя через генетическую цепь, формируют единый ритм, модулируемый циклом свет-темнота.

Известно, что аритмия связана с десинхронизацией периодической экспрессии белков нейронов SCN, а одним из её триггеров является постоянный свет. При достаточной интенсивности света когерентное поведение нейронов теряется, и биологический ритм искажается.

Исследователи смоделировали in silico генетические и клеточные взаимодействия в системе, регулирующей биологические часы. Моделирование показало, что флуктуации интенсивности света помогают восстановить ритмичность и когерентность циркадных ритмов, а не разрушают их, как можно было бы предположить интуитивно.

Это явление известно в физике как "резонанс когерентности" (coherence resonance), когда шум (нерегулярные флуктуации) может быть источником порядка. "Для некоторых биологических процессов, таких как циркадный ритм, это может быть полезно", — пояснил Хавьер Бусена.

Работа также изучала, как взаимодействие световых флуктуаций и межклеточных связей влияет на динамику коллективного ритма. Результаты углубляют понимание генетической цепи примерно 20 000 нейронов, контролирующих циркадные ритмы.

"Благодаря компьютерному моделированию мы обнаружили, что флуктуации света играют конструктивную роль, синхронизируя коммуникацию между нейронами", — отметил Бусена.

В поддержку гипотезы, сформулированной в этом in silico-исследовании, авторы в настоящее время проводят in vivo эксперименты на мышах под руководством Антони Диес-Ногеры, который более 30 лет изучает структуру и функционирование циркадных ритмов у грызунов.

Источник: "Noise-Induced Coherence in Multicellular Circadian Clocks", Ekkehard Ullner, Javier Buceta, Antoni Díez-Noguera and Jordi García-Ojalvo. Biophysical Journal, Volume 96, Issue 9, 3573-3581, 6 May 2009, doi:10.1016/j.bpj.2009.02.031. Barcelona Science Park, Spain.