ریتم شبانه روزی بدن چگونه کار می کند؟

مطالعه ای جدید، مکانیسم‌های اساسی ریتم شبانه روزی بدن را نشان می دهد و نوید جدیدی برای مدیریت بی‌خوابی و سایر اختلالات خواب به ما می دهد.

به گزارش تکناک، دانشمندان با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته ، ساختار حسگر نوری که ریتم شبانه‌روزی بدن را کنترل می‌کند را در پشه میوه که یک نمونه آزمایشگاهی اصلی مورد استفاده در تحقیقات حوزه ریتم شبانه‌روزی است، کشف کردند.

این تحقیق روی کریپتوکروم های مگس میوه که اجزای کلیدی ریتم شبانه روزی گیاهان، حیوانات و حتی انسان ها است، متمرکز بود. کریپتوکروم نوعی پروتئین موجود در گیاهان و حیوانات است که به نور آبی حساس می باشد و در یک سری از گونه های جانداران، نقش تشخیص میدان مغناطیسی زمین را دارد.

در مگس‌ها و سایر حشرات، کریپتوکروم‌ها که توسط نور آبی فعال می‌شوند، به عنوان حسگرهای نور اولیه برای تنظیم ریتم‌های شبانه‌روزی عمل می‌کنند. هدف حسگر نوری کریپتوکروم، معروف به بی زمان (TIM)، پروتئین بزرگ و پیچیده‌ای است که قبلاً نمی شد آن را تصور کرد بنابراین تعامل آن با کریپتوکروم به خوبی درک نشده بود.

ریتم شبانه روزی بدن از طریق آنچه اساساً حلقه های بازخورد ژنتیکی نام دارند کار می کنند. محققان متوجه شدند که پروتئین TIM به همراه شریک خود که پروتئین Period (PER) نام دارد، برای مهار ژن‌هایی که مسئول تولید خودشان هستند، با هم همکاری می‌کنند. با تأخیر مناسب بین رویدادهای فعالیت ژن و سرکوب، نوسانی در میزان تولید پروتئین ایجاد می شود.

برایان کرین، نویسنده ارشد این مطالعه گفت: این نوسان نشان دهنده تیک تاک ساعت است و به نظر می رسد که تقریباً منحصر به ریتم شبانه روزی بدن باشد.

کرین گفت که نور آبی، محتوی و ساختار کوفاکتور فلاوین کریپتوکروم را تغییر می‌دهد، که به پروتئین اجازه می‌دهد به پروتئین TIM متصل شود و توانایی TIM برای سرکوب فعالیت ژن را مهار کند و در نتیجه نوسان را بازنشانی کند.

کرین گفت: بخش عظیم این مطالعه به کشف چگونگی تولید مجموعه کریپتوکروم-TIM صرف شد تا بتوان آن را مطالعه کرد زیرا TIM یک پروتئین بزرگ و غیرقابل تحمل است. برای دستیابی به نتایج خود، نویسنده اول این مطالعه پروتئین کریپتوکروم را برای بهبود پایداری ساختار کریپتوکروم-TIM اصلاح کرد و از تکنیک‌های نوآورانه ای برای تصفیه نمونه‌ها استفاده کرد و آنها را برای تصویربرداری با وضوح بالا مناسب ساخت.

روش‌های جدید به ما امکان می‌دهد تا تصاویر دقیقی از ساختارهای پروتئین به‌دست آوریم و بینش‌های ارزشمندی در مورد عملکرد آنها داشته باشیم. این تحقیق نه تنها درک ما را از تنظیم ریتم شبانه روزی عمیق تر می کند، بلکه فرصت های جدیدی را برای توسعه روش های درمانی با هدف قرار دادن فرآیندهای مرتبط باز می کند.

یک نتیجه غیرمنتظره از این مطالعه چگونگی ترمیم آسیب DNA در سلول را نشان می دهد. کریپتوکروم‌ها با خانواده‌ای از آنزیم‌ها مرتبط هستند که در ترمیم آسیب DNA به نام فوتولیازها نقش دارند. کرین گفت: این تحقیق توضیح می‌دهد که چرا این خانواده‌ از پروتئین‌ها با یکدیگر مرتبط هستند.

همچنین این مطالعه توضیحی برای تنوع ژنتیکی پشه ها نیز ارائه می دهد که به آنها اجازه می دهد با عرض های جغرافیایی بالاتر سازگار شوند، جایی که روزها در زمستان کوتاه تر و خنک تر است. محققان متوجه شدند که به دلیل نحوه اتصال کریپتوکروم به TIM، این تنوع میل TIM را به کریپتوکروم کاهش می دهد. سپس برهمکنش بین پروتئین‌ها تعدیل می‌شود و توانایی نور برای تنظیم مجدد نوسان تغییر می‌کند، بنابراین ساعت شبانه‌روزی تغییر می‌کند و دوره خواب پشه طولانی می‌شود، که این مسئله به این موجود کمک می‌کند در زمستان زنده بماند.

کرین گفت: برخی از فعل و انفعالاتی که در اینجا در پشه میوه می بینیم را می توان روی پروتئین های انسانی نیز ترسیم کرد. این مطالعه ممکن است به ما در درک تعاملات کلیدی بین اجزایی که رفتار خواب افراد را تنظیم می‌کنند، کمک کند.

یکی دیگر از یافته‌های هیجان‌انگیز این مطالعه، کشف یک ناحیه ساختاری مهم در TIM به نام «شیار» بود که به توضیح نحوه ورود TIM به هسته سلول کمک می‌کند. مطالعات قبلی برخی از عوامل دخیل در این فرآیند را شناسایی کرده بودند، اما مکانیسم دقیق آن نامشخص بود.