Dygnsrytm, även känd som kroppens inre klocka, koordinerar tidpunkten för biokemiska, fysiologiska och beteendemässiga processer. Störningar av denna klocka kan orsaka flera sjukdomar, inklusive cancer, kardiovaskulära tillstånd och mottaglighet för infektioner.
Vila-vak-cykeln är nu bättre förstådd tack vare forskning från University of Massachusetts Amherst på genetiska mutationer som påverkar dygnsrytmer. Detta arbete ger också ett nytt perspektiv på hur man studerar mänskliga sjukdomar och i slutändan skapar nya medicinska behandlingar.
Neurobiolog Eric Bittman, professor emeritus i biologi, sa: "Vi studerar två mutationer, som båda påverkar vår förmåga att reagera på förändringar i ljuscykeln. Båda sätter fart på klockan. De avslöjar hur sårbara vi är för störningar i ljuset: mörkt schema.”
Forskare identifierade en recessiv mutation, som de kallar Duper, som en defekt i syriska hamstrars dygnsregulatorgen Cryptochrome 1 (CRY1). De förbättrade hamstergenomutkastet med hjälp av snabb homozygositetskartläggning, vilket resulterade i en banbrytande genetisk forskningsmodell för att undersöka mänskliga sjukdomar.
Studieteamet fokuserar på effekterna av stress hos genetiskt modifierade hamstrar i en uppföljningspapper just publicerat i PNAS. Forskarna hittade tidigare okända roller för CRY1 vid hjärtsjukdom och dygnsrytm, vilket är synkroniseringen av den biologiska klockan med externa signaler.
Bittman förklarar, "Duper snabbar upp klockan under konstanta förhållanden, och den kan växla med så mycket som 180 grader som svar på till och med en kort ljuspuls. Vi misstänker att detta kan vara relevant för att förstå effekterna av jetlag och skiftarbete.”
"Kroppens organ återställer sina klockor i olika takt efter en dygnsstörning. Denna tidsmässiga snedställning tros orsaka negativa hälsoeffekter associerade medmed skiftarbete. Nästan alla våra fysiologiska processer är rytmiska."
Kardiomyopatiska hamstrar fick sin livslängd minskad med åtta timmars fasskift som efterliknade jetlag varannan vecka. Emellertid vändes mutanthamstrarnas kortare livslängd eftersom mutationen påskyndade deras anpassning till ljus-mörkercykelskiftet.
Bittman sade, "Fynden har implikationer för att fastställa de vägar som är involverade i mänskliga biologiska klockor."
”För personer med jetlag eller miljontals skiftarbetare kan det ta dagar och ibland veckor för kroppen – de olika organen – att komma tillbaka till sitt normala tidsmässiga förhållande. Många av oss stör vårt dygnssystem när vi utsätts för ljus sent på kvällen, till exempel genom att titta på mobiltelefoner och datorskärmar. Det kan ta ett par veckor innan din hjärna har rätt relation till din lever och njurar.”
"Forskningen tyder på att vi alla måste vara uppmärksamma på hur miljön påverkar oss biologiska klockor. Specifikt måste sjukhusen vara känsliga för tidpunkten för ljus och mörker i patientrummen. "Vi måste vara uppmärksamma på det tidsmässiga förhållandet mellan organ och mellan masterklockan och hjärnan, och hur den reglerar klockan i hjärnan, såväl som i de perifera organen, och vara känsliga för ljuset: mörk miljö."
Tidskriftsreferens:
- Chip Sisson et al. Duper-mutationen avslöjar tidigare oanade funktioner hos Cryptochrome 1 vid dygnsrytm och hjärtsjukdom. PNAS. DOI: 10.1073 / pnas.2121883119
