Выявление клеток, которые обеспечивают тиканье главных циркадных часов организма

Ученые из Юго-Западного Университета разработали генетически модифицированную мышь и систему визуализации, которая позволяет им визуализировать колебания циркадных часов типов клеток у мышей. Метод, описанный в журнале Neuron , дает новое понимание того, какие клетки мозга важны для поддержания основных циркадных часов организма. Но они говорят, что этот подход будет также широко полезен для ответа на вопросы о суточных ритмах клеток по всему телу.

«Это действительно важный технический ресурс для продвижения изучения циркадных ритмов», – говорит руководитель исследования Джозеф Такахаши, доктор философии, заведующий отделом нейробиологии Юго-западного медицинского центра UT, член UT Southwestern Питер О’Доннелл-младший. Институт мозга и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI). «Вы можете использовать эти мыши для множества различных приложений».

Почти каждая клетка человека – и мышей – имеет внутренние циркадные часы, которые колеблются примерно в 24-часовом цикле. Эти клетки помогают диктовать не только голод и циклы сна, но и биологические функции, такие как иммунитет и обмен веществ. Нарушения циркадных часов связаны с заболеваниями, включая рак, диабет и болезнь Альцгеймера, а также с нарушениями сна. Ученым давно известно, что небольшая часть мозга, называемая супрахиазматическим ядром (SCN), объединяет информацию от глаз о циклах света и темноты в окружающей среде с главными часами тела. В свою очередь, SCN помогает поддерживать синхронизацию остальных клеток организма друг с другом.

«Что делает SCN особенным видом часов, так это то, что они надежны и гибки», – говорит Такахаши. «Это очень сильный кардиостимулятор, который не теряет счет времени, но в то же время может адаптироваться к сезонам, изменению продолжительности дня или перемещению между часовыми поясами».

Серия срезов супрахиазматического ядра, экспрессирующих зеленый жук-щелкун в нейронах AVP и красный жук-щелкун в нейронах, не являющихся AVP. С течением времени (по спирали в изображение) нейроны AVP (зеленый) и не-AVP (красный) ритмично светятся вместе, благодаря неповрежденным генетическим часам нейронов AVP и обмену нейронными сигналами. Цифровая обработка изображений биолюминесценции. Работа Джона Абеля и Альты Льюис Миллард. Кредит: Neuron
Чтобы изучить циркадные часы как в SCN, так и в остальной части тела, исследовательская группа Такахаши ранее разработала мышь, у которой была биолюминесцентная версия PER2 – одного из ключевых циркадных белков, уровни которого колеблются в течение дня. Наблюдая за увеличением и уменьшением уровней биолюминесценции, исследователи смогли увидеть, как PER2 циркулирует по телам животных в течение дня. Но белок присутствует почти в каждой части тела, иногда затрудняя различение циркадных циклов между разными типами клеток, смешанными вместе в одной и той же ткани.

«Например, если вы наблюдаете срез мозга, почти каждая отдельная клетка имеет сигнал PER2, поэтому вы не можете действительно различить, откуда исходит какой-либо конкретный сигнал PER2», – говорит Такахаши.

В новой работе ученые решили эту проблему, обратившись к новой системе биолюминесценции, которая изменяла цвет – с красного на зеленый – только в клетках, экспрессирующих определенный ген, известный как Cre. Затем исследователи смогли сконструировать мышей так, чтобы Cre, который в природе не встречается в клетках мыши, одновременно присутствовал только в одном типе клеток.

Чтобы проверить применимость этого подхода, Такахаши и его коллеги изучили два типа клеток, которые составляют SCN мозга – клетки аргинин-вазопрессина (AVP) и вазоактивные клетки кишечного полипептида (VIP). В прошлом ученые выдвинули гипотезу, что VIP-нейроны являются ключом к поддержанию синхронизации остальной части SCN.

Когда исследовательская группа изучила VIP-нейроны, экспрессирующие Cre только в этих клетках, так что PER2 светился зеленым в VIP-клетках, а в других местах – красным, – они обнаружили, что удаление циркадных генов из нейронов в целом мало влияет на циркадные ритмы VIP-нейронов. , или остальная часть SCN. «Даже когда у VIP-нейронов больше не было работающих часов, остальная часть SCN вела себя практически так же», – объясняет Юнли Шань, доктор философии, научный сотрудник UTSW и ведущий автор исследования. По его словам, соседние клетки смогли передать сигнал VIP-нейронам, чтобы они синхронизировались с остальной частью SCN.

Однако, когда они повторили тот же эксперимент с нейронами AVP – удалив ключевые гены часов – не только сами нейроны AVP показали нарушенные ритмы, но и весь SCN прекратил синхронно циклически повторять свой обычный 24-часовой ритм .

«Это показало нам, что часы в нейронах AVP действительно важны для синхронизации всей сети SCN», – говорит Шан. «Это удивительный результат и несколько противоречивый, поэтому мы надеемся, что он приведет к дальнейшей работе над нейронами AVP ».

Такахаши говорит, что другие исследователи, изучающие циркадные ритмы, уже запросили линию мышей из его лаборатории для изучения суточных циклов других клеток. По его словам, мыши могут позволить ученым уточнить различия в циркадных ритмах между типами клеток в пределах одного органа или то, как цикл опухолевых клеток отличается от цикла здоровых клеток.

«Во всех видах сложных или пораженных тканей это может позволить вам увидеть, какие клетки имеют ритмы и насколько они могут быть похожи или отличаться от ритмов других типов клеток».

услуги нутрициологаАвтор сайта и статей: Наталья Степанова, нутрициолог-психолог, консультант по питанию и коррекции веса. Подробнее обо мне

Я в соц. сетях: Vk, Instagram.

Рейтинг
Еще статьи нутрициолога:
Adblock
detector