Циркадные сети – это совокупность нейронов, которые служат главными часами тела у всех животных, помогая им знать, когда спать, а когда работать. Ученые давно изучали циркадные сети Drosophila melanogaster (более известной как плодовая муха), чтобы понять, как работают часы человеческого тела.
Недавно исследователи из Центра перспективных научных исследований в Центре выпускников университета CUNY (CUNY ASRC) и Колледжа Барнарда изучили функцию небольших участков важных нейронных часов в мозгу мух. Некоторые сегменты нейронов в этих регионах ежедневно подвергаются ремоделированию, демонстрируя сильно разветвленную структуру в начале дня и более простую структуру в начале ночи.
Ранее ученые полагали, что эти сегменты, называемые дорсальными медиальными окончаниями, выполняют важную функцию вывода, посылая сигналы, которые сообщают мозгу плодовой мушки, какое сейчас время суток. Но исследовательская группа обнаружила, что они фактически служат в качестве входных данных, получая сигналы из внешней среды о времени суток.
"Циркадная сеть формирует время сна и активности с помощью двух ключевых механизмов: эндогенных часов, которые работают по циклу, который немного длиннее или короче, чем 24-часовой солнечный день на Земле; и процесс увлечения, который регулирует эндогенные часы каждый день, чтобы синхронизировать их с солнечным днем », – сказал Ори Шафер, профессор Neuroscience Initiative CUNY ASRC и со-старший научный сотрудник исследования. "В течение многих лет ученые предполагали, что дорсальные медиальные окончания необходимы для сильных эндогенных часов. Но когда мы проверили это предсказание на мухах, у которых образование этих сегментов было предотвращено, мы обнаружили, что часы мух были в полном порядке, но им было трудно синхронизировать их с повышением и понижением температуры окружающей среды."
Для своего исследования исследователи вывели плодовых мушек с неразвитыми дорсальными медиальными концевыми сегментами, в которых полностью отсутствовали структуры, которые обычно меняются в течение дня. Затем мух исследовали, чтобы увидеть, влияет ли эта манипуляция на циркадный хронометраж. Примечательно, что управляемые мухи демонстрировали совершенно нормальные циркадные ритмы во сне и активности. Учитывая этот удивительный результат, исследователи затем спросили, может ли потеря дорсального медиального конечного сегмента помешать нормальной синхронизации часов с ежедневными изменениями окружающей среды.
Исследователи заметили, что у плодовых мушек, лишенных спинных концов, не удавалось должным образом синхронизировать свои ритмы сна / активности с суточными температурными циклами. Предыдущие исследования показали, что изменения температуры играют роль в регулировании циркадных ритмов.
Эти новые данные убедительно свидетельствуют о том, что нейроны дорсальных медиальных концов, вероятно, вводят (получают) сигналы от областей мозга, которые отслеживают температуру окружающей среды.
«В течение некоторого времени мне было любопытно узнать, была ли структурная пластичность, которую я охарактеризовал в нейронах часов в рамках своей работы аспиранта, выходным механизмом для часов, чтобы соединиться с нижележащими целями», – сказал первый и соучредитель исследования. автор Мария Фернандес, доцент кафедры неврологии и поведения Барнард-колледжа. "Мы были удивлены, увидев, что этот участок пластичности, по-видимому, участвует во входных, а не выходных путях."
Нейроны, исследованные у плодовой мушки, выполняют функции хронометража, которые очень похожи на нейроны у млекопитающих, поэтому результаты исследователей предполагают, что ежедневные изменения в структурах нейронных сегментов могут формировать чувствительность нейронов циркадной сети к сигналам окружающей среды у всех животных, включая люди.
Это открытие важно для понимания того, как внутренние часы организма сбрасываются каждый день. Этому процессу, называемому «увлечение», по-видимому, препятствует современное освещение и социальная среда, что способствует растущему списку проблем со здоровьем, включая рак и ожирение.
Это исследование было поддержано финансированием Национальных институтов здравоохранения и Национального научного фонда.