Циркадианный осциллятор, или эндогенные часы — неясной природы генератор биологических ритмов, присутствующий в супрахиазматическом ядре гипоталамуса и контролирующий продолжительность сна и бодрствования. Осциллятор циркадианных ритмов в большинстве клеток живых организмов представлен комплексом белков часовых генов (clock-genes proteins). Через транскрипцию контролируемых ими генов или непосредственно они запускают и поддерживают околосуточную ритмику многих функций, в том числе секреции гормонов.

Основные характеристики циркадианного осциллятора человека • локализован в супрахиазмальном ядре гипоталамуса • основан на периодической транскрипции особых генов • период колебания экспрессии равен 23-25 часам • благодаря отрицательным обратным связям уровень экспрессии генов претерпевает периодические колебания • продукты этих генов сами являются факторами транскрипции

Механизм подстройки осциллятора

Подстройка возможна лишь на уровне транскрипции генов Per Глутамат активирует экспрессию Per Серотонин подавляет экспрессию Per

Функции белков циркадианных осцилляторов

Функции белков часовых генов отражают как общие для центрального и периферического циркадианных осцилляторов свойства, так и тканеспецифичные. Условно их можно разделить на следующие группы : регуляция ЦО через взаимодействия clock-белков контроль объёма ткани через регуляцию клеточного цикла и апоптоза гомеостатирование обмена веществ и энергии адаптация специфических свойств клетки, ткани, органа или физиологической системы к циркадианному и другим ритмам воздействий окружающей среды

Белки циркадианного осциллятора

У человека 8 белков задействовано в генерации циркадианного ритма : PERIOD 1,2 и 3, CRYPTOCHROME 1 и 2 , а также CLOCK , TIMELESS и Bmal-1. Белки часовых генов (clock-genes proteins) образуют семейство, представленное гомологами у всех живых организмов, от прокариот до человека. Они формируют околосуточный (циркадианный) ритм активности и обладают рядом иных функций, взаимосвязанных, в первую очередь, с регуляцией метаболизма. Центральный элемент циркадианного clock- механизма представлен у млекопитающих двумя парами белков часовых генов, образующих гетеродимерные комплексы: PER (от гена period) + CRY (от гена cryptochrome) и CLOCK (от гена clock) + BMAL1 (от гена Вrain and Muscle Arnt-like protein 1), которые взаимосвязаны петлями +/- обратных связей. При этом белки димера CLOCK-BMAL1 (максимум концентрации к началу темноты) активируют транскрипцию и трансляцию белков PER и CRY, которые по мере накопления снижают содержание белков первого димера. Важно подчеркнуть, что значительная роль в регуляции clock-осциллятора принадлежит цАМФ, как и в случае осцилляторных HCN каналов .Кроме того, большой круг кофакторов участвует в ремоделировании хроматина и в посттранскрипционной регуляции clock-белков, осуществляет их посттрансляционную модификацию, поддерживает стабильность, контролирует их внутриклеточный транспорт и локализацию. В контроле этого сложного внутриклеточного механизма принимает участие группа ключевых энзимов обмена веществ (в первую очередь, липидов и углеводов), а также транскрипционных факторов и кофакторов .

Тип активности осциллятора В master-clock головного мозга гормоны (комедиаторы) в ответ на свет запускают и поддерживают распространение Са-волны от нейронов зоны ретинального входа СХЯ к зоне выхода эфферентных аксонов, что способствует последовательному экзоцитозу разных комплексов нейропептидов и медиаторов, а также Са-зависимой транскрипции часовых генов. В печени глюкокортикостероиды, активирующие транскрипцию ключевых для метаболизма генов, опосредованно «навязывают» циркадианный ритм транскриптоме органа в целом. В почках описаны параллельные влияния альдостерона и белка Per, синхронизирующие функции разных клеток и внутриклеточных структур органа.

Литература

Биологические ритмы : в 2-х т./Под ред. Ю.Ашоффа. -М.:Мир,1984 Биологические ритмы . Ю. А. Романов , С. А. Чепурнов и др. -М.:Наука,1980 Биологические ритмы . Тезисы научной конференции по проблеме биологических ритмов и их значению в физиологии и патологии человека Биологические ритмы гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы у животных и человека в норме и при патологии ./Под ред. Ю. А. Романова и В. А. Таболина . М.,1975 Aaron Avivi , Urs Albrecht , Henric Oster . Biological clock in total darkness : the Clock/Mop3 circadian system of the blind subterranian mole rat L.P.Shaerman , S.Sriram . Interacting molecular loops in the mammalian circadian clock Чернышева М. П. Пространственно- временная структура гормональной системы организма // Основы нейроэндокринологии. Ред. В. Г. Шаляпина, П. Д. Шабанов). СПб: Элби-СПб.- 2005.-С. 366—407. Чернышева М. П. Об особенностях временных процессов в живых организмах/ Сб. «Человек в пространстве концептуальных времен». Ред. В. С. Чуракова.- Новочеркасск: «НОК».- 2008а.- С. 94-101. Чернышева М. П. Об активных свойствах времени в живых системах//«Время и звезды»: к 100-летию Н. А. Козырева. Ред. Л. С. Шихобалов.- СПб.: Нестор-История. 2008б.- С. 545—555. Чернышева М. П. Клеточно-молекулярные осцилляторы и восприятие времени//Хронос и Темпус (Природное и социальное время: философский, теоретический и практический аспекты): Сб.научн. трудов/Под ред. В. С. Чуракова (серия БИБЛИОТЕКА ВРЕМЕНИ. Вып.6).-Новочеркасск: НОК, 2009.-356с.-(с.161-173).

Категория:Гипоталамус Категория:Биологические циклы