Penemuan protein menyoroti ritme sirkadian

ringkasan: Para peneliti telah mengidentifikasi protein penting, Tenm3, dalam sistem visual tikus, yang menstabilkan ritme sirkadian dengan memodulasi respons otak terhadap cahaya. Penemuan ini mempunyai implikasi besar terhadap pengobatan gangguan tidur dan jet lag.

Ritme sirkadian memainkan peran penting dalam mengatur tidur, terjaga, dan perilaku sirkadian lainnya, dan gangguan dapat menyebabkan masalah kesehatan.

Dengan memahami peran Tenm3, para peneliti bertujuan untuk mengembangkan intervensi untuk gangguan tidur dan jet lag, yang pada akhirnya bermanfaat bagi kesehatan manusia.

Fakta-fakta kunci:

1. Protein Tenm3 dalam sistem visual membantu menghubungkan otak untuk mempertahankan ritme sirkadian yang stabil, bahkan dalam kondisi cahaya yang berubah-ubah.
2. Tikus yang kekurangan Tenm3 menunjukkan sensitivitas yang tinggi terhadap sinyal cahaya, memungkinkan modulasi ritme sirkadian yang cepat.
3. Penelitian ini memiliki potensi penerapan dalam mendiagnosis dan mengobati gangguan tidur serta mengurangi dampak jet lag pada manusia.

sumber: Pengobatan Johns Hopkins

Para ilmuwan di Fakultas Kedokteran Universitas Johns Hopkins dan Institut Kesehatan Nasional telah mengidentifikasi protein dalam sistem visual tikus yang tampaknya menjadi kunci untuk menstabilkan ritme sirkadian tubuh dengan mengurangi respons otak terhadap cahaya.

Hasilnya dipublikasikan pada 5 Desember Biologi PLoSPenulis penelitian mengatakan penelitian ini memajukan upaya untuk mengobati gangguan tidur dan jet lag dengan lebih baik.

“Jika ritme sirkadian diubah dengan setiap perubahan pencahayaan yang cepat, seperti gerhana atau hari yang sangat gelap dan hujan, maka ritme tersebut tidak akan terlalu efektif dalam mengatur perilaku siklus seperti tidur dan lapar.

“Protein yang kami identifikasi membantu menghubungkan otak selama perkembangan saraf untuk memungkinkan respons yang stabil terhadap tantangan ritme sirkadian dari hari ke hari,” kata Alex Kolodkin, Ph.D., seorang profesor di Departemen Ilmu Saraf di Universitas Johns Hopkins dan wakil direktur Universitas Johns Hopkins. lembaga. Untuk ilmu biomedis dasar.

Kolodkin memimpin penelitian bersama Dr. Samer Hattar, kepala Divisi Irama Cahaya dan Sirkadian di Institut Kesehatan Mental Nasional.

Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa sebagian besar organisme memiliki “jam” sirkadian, yaitu serangkaian ritme biologis yang berlangsung sekitar 24 jam sehari dan memengaruhi kewaspadaan, kantuk, nafsu makan, suhu tubuh, serta perilaku siklus lainnya.

Mengganggu sistem ini – misalnya melalui kerja shift atau perjalanan jarak jauh melintasi berbagai zona waktu dan cahaya – dapat menimbulkan konsekuensi yang serius.

Penelitian sebelumnya menghubungkan gangguan ritme sirkadian yang terus-menerus dengan peningkatan risiko kanker, depresi, dan sejumlah masalah medis lainnya.

Sistem sirkadian pada dasarnya “dilatih” melalui paparan cahaya. Meskipun para peneliti telah membuat kemajuan yang signifikan selama beberapa dekade terakhir dalam mengidentifikasi mekanisme yang bertanggung jawab atas ritme sirkadian, masih belum jelas bagaimana otak terhubung dengan ritme tersebut.

Untuk mempelajari lebih lanjut, Kolodkin dan Hattar, bersama dengan penulis pertama studi John Honiara, Kat Daly, dan rekan mereka, mencari database molekul biologis yang ditemukan selama pengembangan di pusat pengendalian ritme sirkadian di otak tikus—nukleus suprachiasmatic (SCN) .

Terletak jauh di dalam otak tikus dan manusia di hipotalamus, jaringan ini terletak di dekat area yang mengontrol penglihatan dan membuat koneksi dengan sel-sel otak yang membentuk retina, bagian mata yang merasakan cahaya.

Tim peneliti dengan cepat fokus pada protein permukaan sel yang disebut Teneurin-3 (Tenm3), bagian dari keluarga protein yang lebih besar yang memainkan peran kunci dalam rangkaian sirkuit sistem visual dan lebih umum lagi di sirkuit sistem saraf pusat lainnya.

Ketika para peneliti memodifikasi tikus secara genetik untuk memblokir produksi Tenm3, hewan tersebut mengembangkan lebih sedikit koneksi antara retina dan SNS, dibandingkan dengan hewan dengan Tenm3 utuh.

Namun, tikus yang kekurangan Tenm3 mengembangkan konektivitas yang jauh lebih besar antara sel-sel di inti dan korteks SCN, tempat Tenm3 cenderung terlokalisasi.

Untuk mengetahui bagaimana Tenm3 dapat menstabilkan atau mengganggu ritme sirkadian bahkan dengan sedikit cahaya, para ilmuwan merancang serangkaian eksperimen.

Pertama, mereka melatih tikus yang kekurangan Tenm3 ke siklus terang/gelap 12 jam, kemudian menggeser periode gelap ke depan sebanyak enam jam. Tikus dengan Tenm3 utuh membutuhkan waktu sekitar empat hari untuk mengatur ulang ritme sirkadian mereka dengan perubahan ini, yang diukur dengan diagnostik pola aktivitas siklus tidur normal. Namun, hewan tanpa Tenm3 beradaptasi jauh lebih cepat, hanya dalam separuh waktu.

Ketika para peneliti menjalankan percobaan serupa dengan cahaya dua kali lebih redup dari pengujian sebelumnya, tikus sehat dengan Tenm3 memerlukan waktu sekitar delapan hari untuk menyesuaikan siklus biologisnya, tetapi hanya sekitar empat hari untuk tikus tanpa Tenm3.

Bahkan hanya dengan cahaya redup selama 15 menit saja sudah merangsang tikus yang kekurangan Tenm3 – tetapi tidak pada tikus dengan protein Tenm3 normal – untuk menghasilkan bahan kimia otak yang bertindak sebagai pengganti paparan cahaya, menunjukkan peningkatan sensitivitas terhadap isyarat cahaya yang diperlukan untuk priming. Atau setel ulang jam biologis.

Temuan ini memberi kesan kepada penulis bahwa Tenm3 membantu menghubungkan otak untuk mempertahankan ritme sirkadian yang stabil bahkan ketika paparan cahaya bervariasi. Dengan mempelajari lebih lanjut tentang sistem ini dan peran Tenm3, kata Hatter, para peneliti pada akhirnya dapat mendiagnosis dan mengobati disfungsi yang menyebabkan insomnia dan gangguan tidur lainnya pada manusia, atau mungkin mengembangkan pengobatan untuk jet lag.

“Ada implikasi yang sangat jelas terhadap kesehatan manusia,” katanya.

Peneliti Johns Hopkins lain yang berkontribusi dalam penelitian ini termasuk Catherine Torres.

Pembiayaan: Penelitian ini didanai oleh hibah dari National Institutes of Health (R01EY032095) dan Program Penelitian Intramural di NIMH (ZIAMH002964).

Tentang berita penelitian genetika dan ritme sirkadian

pengarang: Vanessa adalah moderator
sumber: Pengobatan Johns Hopkins
komunikasi: Vanessa Wasta – Pengobatan Johns Hopkins
gambar: Gambar dikreditkan ke Berita Neuroscience

Pencarian asli: Akses terbuka.
“Teneurin-3 mengatur pembentukan sirkuit visual yang tidak membentuk gambar dan respons terhadap cahaya di nukleus suprachiasmatic“Oleh Alex Kolodkin dkk. Biologi PLoS

ringkasan

Teneurin-3 mengatur pembentukan sirkuit visual yang tidak membentuk gambar dan respons terhadap cahaya di nukleus suprachiasmatic

Fungsi sistem visual bergantung pada pembentukan hubungan yang tepat antara akson sel ganglion retina (RGC) dan target sentralnya di otak.

Meskipun beberapa kemajuan telah dicapai dalam mengidentifikasi molekul yang mengatur konektivitas RGC yang diperlukan untuk perakitan dan fungsi sirkuit pembentuk foto, secara mengejutkan hanya sedikit yang diketahui tentang faktor-faktor yang diperlukan untuk RGC fotosensitif intrinsik (ipRGCs) untuk menargetkan komponen kunci sirkuit nonfotogenik. – Sirkuit modulasi: nukleus suprachiasmatic (SCN).

Selain itu, molekul yang diperlukan untuk membentuk sirkuit yang penting untuk perilaku sirkadian dalam SCN tidak diketahui. Di sini kami mencatat bahwa molekul adhesi Teneurin-3 (Tenm3) sangat diekspresikan dalam neuron peptida usus vasoaktif (VIP) yang terletak di daerah basal SCN.

Karena Tenm3 diperlukan untuk aspek lain dari pengembangan sistem visual mamalia, kami menyelidiki peran Tenm3 dalam mengatur konektivitas dan fungsi ipRGC-SCN.

Hasil kami menunjukkan bahwa Tenm3 secara negatif mengatur hubungan antara neuron VIP dan arginine vasopressin (AVP) dalam SCN dan sangat penting untuk persarafan aksonal M1 ipRGC ke SCN. Secara khusus, di Sepuluhm3^-/- Pada tikus, kami menemukan berkurangnya persarafan ventromedial SCN.

Meskipun terjadi penurunan ini, Sepuluhm3^-/- Tikus memiliki sensitivitas cahaya yang lebih tinggi dan pelatihan ulang yang lebih cepat untuk mencapai perkembangan fase, mungkin karena peningkatan konektivitas antara neuron VIP dan AVP.

Data ini menunjukkan bahwa Tenm3 memainkan peran kunci dalam pengembangan sirkuit sistem visual yang tidak membentuk gambar, dan mempengaruhi respons tikus terhadap rangsangan cahaya yang memajukan fase.