Skąd zegar biologiczny wie, która jest godzina?
Wyobraź sobie, że budzisz się rano, za oknem widzisz pierwsze promienie słońca i zastanawiasz się, czy musisz już wstać, czy możesz jeszcze powylegiwać się w łóżku. Gdy sięgasz ręką po telefon lub klasyczny budzik, by sprawdzić godzinę, rozlega się dźwięk alarmu. Bardzo przydatna umiejętność, nieprawdaż? Problem w tym, że wciąż stanowi dla nas zagadkę. W jaki sposób ciało odmierza czas nawet podczas snu? „Gdy mówimy o zegarze biologicznym, mamy na myśli endogenny zegar molekularny, który stanowi element niemal każdej komórki wchodzącej w skład naszego organizmu”, wyjaśnia Carolina Greco, adiunktka Uniwersytetu Humanitas we Włoszech. „W praktyce oznacza to, że na poziomie molekularnym działają pewne mechanizmy komórkowe, które wiążą się z określonymi genami, aktywują różne represory lub hamują aktywność aktywatorów. Wszystkie te procesy zachodzą w 24-godzinnym cyklu”. Co to oznacza w rzeczywistości? Nasze zegary molekularne same wyznaczają 24-godzinny rytm dobowy, który wpływa na procesy takie jak ekspresja genów, metabolizm czy poziom białek. To właśnie zmiany tych czynników wpływają na uczucia głodu, zmęczenia czy pełni energii. Warto jednak pamiętać o tym, że jakakolwiek awaria tego zegara może mieć tragiczne skutki. Tak zwany rytm dobowy trwa 24 godziny ze względu na czas trwania doby na Ziemi, jednak wszystkie wrażliwe na światło organizmy na naszej planecie dysponują swoimi wewnętrznymi zegarami. Światło jest głównym sygnałem, który resetuje nasze centralne zegary – gdyby nie istniał ten mechanizm korygujący, z czasem nasze rytmy dobowe ulegałyby coraz głębszemu rozregulowaniu względem rytmy świata. Skutkiem byłoby nieustające zmęczenie, jakie zwykle odczuwamy po zmianie strefy czasowej. Powodem pojawienia się tego wewnętrznego zegara w drodze ewolucji było umożliwienie przystosowania funkcji naszych organizmów do zmian w środowisku, a przede wszystkim do przejść między nocą a dniem.
Niejasne sygnały
Światło nie jest jednak jedynym sygnałem, który może wpływać na rytm dobowy. Mogą to robić także inne czynniki, w tym między innymi jedzenie. Dla pewnych osób, takich jak na przykład pracowników pracujących przez dłuższy czas w systemie zmianowym, może to stanowić źródło wielu problemów. „Gdy pracownicy zmianowi pracują i jedzą posiłki w nocy, kiedy nie powinno się jeść, może to doprowadzić do rozregulowania zegarów organizmu”, wyjaśnia Greco. „Skutkiem jest to, że dla głównego zegara sygnałem do synchronizacji jest światło, z kolei zegar peryferyjny synchronizuje się z czasem spożywania posiłków. Taka sytuacja może prowadzić do pojawienia się schorzeń metabolicznych”. To właśnie na tym obszarze koncentrowały się badania w ramach projektu MetEpiClock, który badaczka realizowała dzięki wsparciu otrzymanemu w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”. Jej głównym obszarem zainteresowania było lepsze zrozumienie powiązań między rytmami dobowymi i szlakami metabolicznymi. „W szczególności chcieliśmy się przyjrzeć pewnemu szlakowi metabolicznemu, który odpowiada za regulację metioniny”, dodaje badaczka. „Metionina to jeden z kluczowych aminokwasów, który odgrywa bardzo ważną rolę w naszych organizmach”, dodaje badaczka. Jedną z rzeczy, za którą odpowiada, jest regulowanie zegarów biologicznych naszego ciała.
Co wpływa na nasze rytmy dobowe?
Dzięki przeprowadzonym badaniom Greco potwierdziła, że to oddziaływania między badanym białkiem i innym enzymem metabolicznym odpowiadają za 24-godzinny rytm dobowy. Okazało się, że zahamowanie wydzielania tego enzymu powoduje zaburzenie rytmu dobowego. Lepsze zrozumienie tego, w jaki sposób takie oddziaływania wpływają na rytmy dobowe, może pozwolić nam pewnego dnia na leczenie chorób metabolicznych, w tym chorób układu krążenia i cukrzycy. To właśnie ta wizja sprawia, że Carolina Greco nie ustaje w wysiłkach. „Obecnie stoję na czele laboratorium, które bada wpływ zaburzeń rytmu dobowego na niewydolność serca. Do tej pory nie udało się wyjaśnić mechanizmów, które odpowiadają za ten związek, dlatego przyglądamy się kwestii zaburzeń rytmów dobowych u pacjentów cierpiących na niewydolność serca, a także zmianom zachodzącym w innych tkankach”. Niech te słowa posłużą za przypomnienie, że zawsze warto się wyspać – nawet jeśli oznacza to konieczność wciśnięcia przycisku drzemki o poranku. Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o badaniach prowadzonych przez Carolinę Greco: Metaboliczna regulacja rytmu dobowego
Słowa kluczowe
MetEpiClock, dobowy, rytm dobowy, endogenny, molekularny, metabolizm, metaboliczny, choroby, geny