Koji je biološki proces u osnovi cirkadijalnog ritma?
Cirkadijalni ritmovi su endogeni, približno 24-satni ciklusi koji reguliraju mnoge fiziološke i bihevioralne procese u živim organizmima. Primarni biološki proces na kojem se temelji stvaranje cirkadijalnog ritma je funkcioniranje cirkadijalnog sata, unutarnjeg mehanizma za mjerenje vremena. Cirkadijalni sat sastoji se od mreže gena i proteina koji međusobno djeluju kako bi proizveli ritmičke obrasce ekspresije gena, sinteze proteina i fizioloških funkcija.
Evo pojednostavljenog pregleda biološkog procesa koji je u osnovi cirkadijalnog ritma:
1. Geni sata :Cirkadijalni sat uglavnom kontrolira skup gena za sat, koji kodiraju proteine sata. Ovi geni uključuju osnovne gene sata kao što su Clock, Bmal1, Per1, Per2, Cry1 i Cry2.
2. Petlja povratnih informacija transkripcija-prijevod :Geni sata uključeni su u transkripcijsko-translacijsku povratnu petlju koja regulira njihovu vlastitu ekspresiju. Clock i Bmal1 proteini dimeriziraju i aktiviraju transkripciju Per i Cry gena. PER i CRY proteini nakupljaju se u citoplazmi i postupno translociraju u jezgru. U jezgri oni inhibiraju aktivnost Clock-Bmal1, čime potiskuju vlastitu transkripciju. Ova negativna povratna sprega stvara ritmičko osciliranje ekspresije gena sata.
3. Posttranslacijske izmjene :Posttranslacijske modifikacije, kao što su fosforilacija i ubikvitinacija, igraju ključnu ulogu u regulaciji stabilnosti, aktivnosti i interakcija proteina sata. Ove izmjene fino podešavaju ritmičnost cirkadijalnog sata i odgovor na okolišne znakove.
4. Unos svjetla i sinkronizacija :cirkadijalni sat sinkroniziran je s vanjskim okruženjem, posebice ciklusom svjetlo-tama, kroz primarnu strukturu osjetljivu na svjetlo kod sisavaca, mrežnicu. Specijalizirane ganglijske stanice retine koje sadrže fotopigmente (melanopsin) prenose svjetlosne signale do suprahijazmatične jezgre (SCN) u hipotalamusu. SCN služi kao središnji cirkadijalni pacemaker i sinkronizira periferne satove u cijelom tijelu.
5. Izlazni putovi i fiziološka regulacija :cirkadijalni sat regulira širok raspon fizioloških procesa kroz izlazne putove koji uključuju ekspresiju gena, otpuštanje hormona i neuronsku signalizaciju. Kontrolira cikluse spavanja i budnosti, fluktuacije tjelesne temperature, metaboličke funkcije, lučenje hormona i mnoge druge ritmičke procese.
6. Periferni satovi :Osim središnjeg sata u SCN-u, većina perifernih tkiva i organa ima vlastite cirkadijalne satove. Ovi periferni satovi sinkronizirani su sa središnjim satom, ali također mogu pokazivati ritmove specifične za tkivo vođene lokalnim znakovima, uključujući promjene temperature i dostupnost hranjivih tvari.
Cirkadijalni sat, sa svojim zamršenim molekularnim mehanizmima i sinkronizacijom s vanjskim znakovima, omogućuje organizmima predviđanje i prilagodbu dnevnim promjenama okoliša, optimiziranje fizioloških procesa i održavanje ukupne homeostaze i dobrobiti.
