• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Tik-tak! Naukowcy pokazują, jak działa zegar biologiczny

    03.05.2010. 21:12
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Wszyscy znamy to uczucie, które pojawia się wraz z nadejściem wiosny i wydłużaniem się dni. Nasz poziom energii wzrasta i czujemy się zdrowsi, bardziej aktywni i optymistyczni. Niemniej pozostaje pytanie: dlaczego się tak czujemy oraz jakie mechanizmy sterują tym wewnętrznym zegarem biologicznym? Zespół naukowców z Wlk. Brytanii odkrył proces, który kontroluje sezonowe zmiany w hormonach. Odkrycia, opublikowane w czasopiśmie Current Biology, mogą przyczynić się do opracowania metod leczenia sezonowego zaburzenia afektywnego (SAD).

    Naukowcy z Uniwersytetów w Edynburgu i Manchesterze odkryli dwa geny - EYA3 i TAC1 - które aktywują się wraz ze wzrostem poziomu hormonów, kiedy wiosną dni zaczynają się wydłużać. Zespół odkrył, że gen TAC1 aktywuje się wyłącznie w obecności genu EYA3, co skłania do przypuszczenia, że rola genu EYA3 polega częściowo na regulowaniu genu TAC1, tak aby mógł zostać aktywowany, kiedy dni zaczynają się wydłużać. Interesującym jest fakt, że gen EYA3 odgrywa podobną rolę zarówno u ssaków, jak i u ptaków - powiązanie, które przetrwało miliony lat.

    Przebadano tysiące genów gatunku owcy o nazwie Soay, który pochodzi ze szkockich Wysp Zachodnich. Zespół pracował nad rasą Soay, ponieważ uznaje się ją za jeden z najbardziej prymitywnych typów owiec (pochodzący jeszcze z epoki brązu), którego zegar biologiczny nie uległ zmianie w wyniku krzyżowania.

    Naukowcy ocenili rolę kluczowej molekuły zwanej tuberaliną, która jak podejrzewali jest wytwarzana w przysadce u podstawy mózgu i wysyła sygnały do hormonów biorących udział w kontrolowaniu zmian sezonowych w organizmie. Do tej pory niewiele było wiadomo na temat charakteru i roli tuberaliny.

    Część mózgu, która reaguje na hormon melatoniny - kluczowy czynnik w sezonowej synchronizacji organizmu - również znalazła się pod lupą. Naukowcy odkryli molekułę-kandydatkę tuberaliny, wysyłającą sygnały do przysadki, kiedy dni zaczynają się wydłużać. Przysadka pobudza następnie wydzielanie hormonu luteotropowego, który pomaga ssakom w przystosowaniu się do dłuższego dnia i innych zmian sezonowych.

    W wypowiedzi na temat wyników badań, profesor Dave Burt z Instytutu Roslin przy Uniwersytecie w Edynburgu, stwierdził: "Od ponad dekady naukowcy wiedzą o istnieniu tej tajemniczej molekuły tuberaliny, ale do tej pory nikomu nie udało się poznać dokładnie jej funkcjonowania. Zidentyfikowanie tych genów nie tylko rzuca światło na sposób działania naszego wewnętrznego, rocznego zegara biologicznego, ale również pokazuje kluczowe powiązanie między ptakami a ssakami, które przetrwało ponad 300 milionów lat."

    Profesor Andrew Loudon z Wydziału Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu w Manchesterze powiedział: "Znaczna część naszego zachowania jest kontrolowana przez pory roku. Wyniki tych badań rzucają nowe światło na sposób, w jaki zwierzęta przystosowują się do zmiany sezonowej, wpływającej na czynniki takie jak hibernacja, odkładanie tłuszczu, reprodukcja czy zdolność organizmu do zwalczenia chorób."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Zegar biologiczny – wewnętrzny oscylator, zespół sterowanych genami procesów biochemicznych zachodzących w komórkach i tkankach organizmu umożliwiający ciągły pomiar czasu, niezależnie od zmian w środowisku zewnętrznym. Jest to mechanizm pozwalający na synchronizację procesów życiowych organizmów do cyklicznie powtarzających się zmian w zewnętrznych warunkach środowiska. Wytwarzanie rytmu zegara biologicznego związane jest z rytmiczną ekspresją genów zegarowych. Rolę koordynacyjną odgrywa melatonina. Projekt poznania ludzkiego cognomu (ang. Human Cognome Project) – zespół projektów badawczych mających na celu rozszyfrowanie działania ludzkiego mózgu. Nazwa cognom bierze się od łacińskiego cogito (myślę) i nawiązuje do nazwy genom. Cognom oznacza zespół cech określających sposób myślenia człowieka. Podstawowym założeniem projektu jest próba zrozumienia mózgu ludzkiego jako bardzo skomplikowanej maszyny. Naukowcy chcą odszyfrować sposób działania naszego umysłu podobnie, jak to się udało w Projekcie poznania ludzkiego genomu. Fotoperiodyzm ─ fizjologiczna reakcja organizmu na zmianę czasu trwania okresów ciemności i światła w rytmie okołodobowym związana z działaniem zegara biologicznego. U podstaw fotoperiodyzmu leżą zjawiska fotoindukcji (zaprogramowana genetycznie odpowiedź organizmu na skracanie się lub wydłużanie dnia) i fotorefrakcyjności (zachodząca stopniowo adaptacja organizmu do skracającego się lub wydłużającego dnia). Okres indukcji świetlnej nazywany jest fotoperiodem, a graniczna wartość czasu trwania dnia lub nocy, uruchamiająca procesy fizjologiczne i behawioralne to fotoperiod krytyczny. Znajomość zjawisk związanych z fotoperiodyzmem jest wykorzystywana w hodowli roślin i zwierząt gospodarskich.

    Sytuacja kryzysowa – zespół okoliczności zewnętrznych i wewnętrznych, wpływających na dany układ w taki sposób, iż zaczynają się i trwają w nim zmiany. Rezultatem tych zmian może być jakościowo nowy układ lub nowa struktura i funkcja w układzie istniejącym. Geny kodujące białka mechanizmów naprawy DNA człowieka: DNA komórki jest stale narażone na czynniki uszkadzające. Sprawnie działające mechanizmy naprawy DNA funkcjonują w komórkach organizmów zarówno prokariotycznych jak i eukariotycznych. Badania genomu ludzkiego pozwoliły zidentyfikować szereg genów kodujących białka biorące udział w różnorodnych mechanizmach naprawy DNA. Poznano dotąd ponad 130 genów o takiej, udowodnionej lub prawdopodobnej, funkcji. Nowe geny naprawy DNA są ciągle odkrywane dzięki badaniom porównawczym sekwencji genów człowieka i homologów tych genów u organizmów modelowych, takich jak E. coli i S. cerevisiae. Badania te mają znaczenie dla medycyny, ponieważ do tej pory zidentyfikowano już kilkanaście chorób, w których patogenezie mają udział niesprawne mechanizmy naprawy DNA.

    Ścieżka sygnałowa, transdukcja sygnału w komórce - szereg następujących po sobie procesów biochemicznych w komórce, zapoczątkowanych aktywacją receptora powierzchniowego lub wewnątrzkomórkowego przez sygnał zewnątrzkomórkowy (np. hormon, neuroprzekaźnik). Końcowym efektem tych procesów jest powstanie odpowiedzi komórkowej, którą mogą być np. zmiany w ekspresji określonych genów, zmiany w procesach metabolicznych, podział komórki lub jej apoptoza. Układ podwzgórzowo-przysadkowy – zgrupowania (jądra) neuronów wydzielniczych podwzgórza i przysadki, tworzące czynnościowy układ wewnątrzwydzielniczy, odpowiedzialny za utrzymanie homeostazy organizmu. Oparty jest na wzajemnej regulacji podwzgórzowo-przysadkowo-obwodowej. Nadrzędną rolę spełnia podwzgórze, którego neurony wydzielnicze produkują nie tylko działające na przysadkę hormony uwalniające (liberyny) i hamujące (statyny), ale również oddziałujące bezpośrednio na tkanki obwodowe – hormon antydiuretyczny oraz oksytocynę. Przysadka nerwowa, w odpowiedzi na sygnały hormonalne z podwzgórza, produkuje i uwalnia szereg hormonów tropowych (płat przedni – endokrynny). Płat tylny – nerwowy składa się z zakończeń bezmielinowych aksonów neuronów wydzielniczych podwzgórza i uwalnia do krwiobiegu przetransportowane z podwzgórza hormony oksytocynę i wazopresynę.

    Soay – rasa owcy domowej (Ovis aries) wywodząca się z odizolowanej populacji prymitywnych owiec dziko żyjących na wyspie Soay (archipelag St Kilda), uznawana za najstarszą i najbardziej prymitywną rasę spośród udomowionych owiec europejskich. Przodkowie rasy Soay zachowali budowę owiec z okresu neolitu. Ich pochodzenie nie jest jednoznacznie wyjaśnione. Badacze uważają, że zostały pozostawione na wyspie Soay w IX lub X w. przez wikingów. W latach 30. XX w. stado ponad stu owiec zostało przeniesione na wyspę Hirta, gdzie od lat 50. XX w. objęto je badaniami naukowymi, zwłaszcza pod kątem zależności pomiędzy ubarwieniem i rozmiarami, a płodnością. Synchronizacja zegarów: Synchronizacja zegarów stanowi fundamentalny punkt szczególnej teorii względności. Każdy punkt w czasoprzestrzeni jest teoretycznie wyposażony w wirtualny zegar i pozostaje tylko zsynchronizować je, aby otrzymać informację o kolejności zdarzeń. W tym celu wysyłamy sygnał świetlny do punktu zaopatrzonego w zegar i czekamy na jego natychmiastową odpowiedź również w postaci impulsu świetlnego. W momencie jego powrotu znamy opóźnienie zegara, który synchronizowaliśmy co wystarcza nam do określenia pojęcia następstwa i jednoczesności zdarzeń. Należy podkreślić, że synchronizujemy zegary tylko w obrębie tego samego układu inercjalnego.

    Sekwencja regulatorowa genu (ang. gene regulatory sequence) – fragment DNA, który reguluje ekspresję genu. Do sekwencji regulatorowej przyłączają się białka regulujące transkrypcję, takie jak: czynniki transkrypcyjne i remodelatory, oraz polimeraza RNA. Kombinacja tych sekwencji, wraz z kombinacją czynników białkowych dostępnych w jądrze komórkowym i ich aktywności, sprawia, że poziom ekspresji genu jest regulowany w zależności od typu, stanu metabolicznego komórki i bodźców zewnętrznych.

    Dawca czasu (niem. Zeitgeber) – egzogenne źródło synchronizacji zegara biologicznego organizmu do rytmu 24-godzinnego. Dla większości organizmów głównym dawcą czasu jest światło (sekwencje światła i ciemności). Funkcję tę mogą także pełnić rytmy temperatury otoczenia, dostępność pokarmu czy bodźce społeczne.

    Recesywność - w genetyce, brak możliwości stwierdzenia poprzez obserwację obecności jednego z pary genów (alleli) występujących u danego osobnika z powodu znacznego wpływu lub dominacji genu (allelu) działającego przeciwnie. Oba allele dotyczą tej samej dziedziczonej cechy, lecz chociaż gen warunkujący cechę recesywną jest obecny w genotypie, to cecha ta nie ujawnia się w fenotypie organizmu. Termin "recesywny" stosowany jest zarówno w odniesieniu do organizmu mającego oba allele, którego efekt może być maskowany przez inny allel tego samego genu. Czujnik optyczny - czujnik optoelektroniczny, który jest elementem automatyki. Zasada działania polega na wysyłaniu wiązki promieni świetlnych przez nadajnik oraz na odbieraniu jej przez odbiornik. Czujnik ten reaguje na obiekty przecinające wiązkę światła pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem lub na wiązkę odbitą od obiektu. Stosowane są te czujniki do określania poziomu cieczy i materiałów sypkich, kontroli położenia ruchomych części maszyn oraz do identyfikacji obiektów znajdujących się w zasięgu działania czujników, np. przesuwające się taśmy transportowe. Czujniki te mogą generować sygnał przy pomocy którego można zliczać przesuwające się przedmioty, albo liczyć ilość obrotów jakiegoś elementu. Czujniki optyczne charakteryzują się dużymi strefami wykrywania obiektów. Natomiast wadą tego czujnika jest to, że nie może pracować w miejscach zanieczyszczonych.

    Geny R, geny odporności – grupa genów obecnych w genomie roślin odpowiedzialnych za przekazywanie dziedzicznej odporności na patogeny. Każdy z genów R zapewnia roślinom całkowitą odporność na konkretny patotyp patogenu. Produkt genu R wchodzi w reakcję pośrednią lub bezpośrednią z produktem genu awirulencji (gen avr) obecnego w genomie organizmu atakującego rośliny. Ten mechanizm obronny określany jest jako odporność "gen na gen". Efektem reakcji między produktem genu R a produktem genu avr jest reakcja nadwrażliwości, obumarcie zainfekowanego fragmentu tkanek i uniemożliwienie patogenowi dalszego rozprzestrzeniania. Integron – element genetyczny obecny w genomie bakterii zdolny do włączania dodatkowych genów w wyniku umiejscowionej rekombinacji. Nazwa może być stosowana zarówno do genu kodującego specyficzną miejscowo rekombinazę, jak i do struktury składającej się z genu integrazy wraz z kasetą genową, czyli przenoszonych genów oraz promotora transkrypcji, umożliwiającego ekspresję przeniesionych genów. Stwierdzono także istnienie integronów z kilkoma kasetami genów.

    Wyciszenie genów w skrócie PTGS. Zwane jest również interferencją RNA.Ważną rolę odgrywa w nim dwuniciowy RNA (dsRNA), który pocięty jest na krótkie odcinki, zwane siRNA (small interfering RNA).Odcinki te mają długość 20 – 25 nukleotydów oraz te są komplementarne do określonych fragmentów mRNA. Dwuniciowy fragment RNA musi być dłuższy niż 200 nukleotydów. Następnie fragmenty RNA – siRNA, które w komórce zostały pocięte przez enzym Dicer łączą się w kompleksy z komponentami białkowymi i tworzą kompleks wyciszający RISC. Kolejnym etapem jest połączenie nici siRNA z fragmentem mRNA, dzieje się to dzięki reakcjom między między nukleotydami siRNA a mRNA. Dochodzi do degradacji mRNA i jego rozpadu, a tym samym wyciszenia genu. Zjawisko interferencji zostało odkryte niedawno, jednak jest powszechnie wykorzystywane.

    Dodano: 03.05.2010. 21:12  


    Najnowsze