Wadliwy gen i tkanki obwodowe wpływają na zegar biologiczny muszki owocówki
Naturalny cykl dnia i nocy oraz cykl temperaturowy synchronizują całodobowy rytm organizmu lub to, co popularnie nazywa się zegarem biologicznym. Według wyników nowych badań finansowanych ze środków unijnych, zegarowe neurony w mózgu potrzebują sygnałów z tkanek obwodowych, aby podlegać synchronizacji na podstawie temperatury. Wyniki, opublikowane w czasopiśmie Neuron, wskazują różnice między sposobem synchronizacji zegara mózgowego muszki owocowej Drosophila przez cykl światło-ciemność i cykl temperatury. Odkrycia stanowią dorobek projektu EUCLOCK (Regulacja zegara dobowego), który otrzymał 12,3 mln EUR z tematu "Nauki o życiu, genomika i biotechnologia na rzecz zdrowia" Szóstego Programu Ramowego (6PR) UE. Zdaniem brytyjskich i niemieckich naukowców pracujących nad projektem, zegary dobowe regulują wiele procesów biologicznych, z których korzysta organizm. Podczas gdy zegary są samowystarczalne i pracują w niezmiennych warunkach, są synchronizowane ze środowiskiem na podstawie naturalnych wskazówek zwanych "zeitgebers", do których zalicza się cykl światło-ciemność i cykl temperatury. "Zegary dobowe regulują wiele procesów biologicznych, aby zachodziły w czasie korzystnym dla organizmu" - mówi dr Ralf Stanewsky z Queen Mary College przy Uniwersytecie Londyńskim w Wlk. Brytanii. "Choć wiemy już dosyć sporo na tematu sposobu, w jaki naturalne cykle światło-ciemność synchronizują zegar dobowy organizmów - od much po ssaki - niewiele wiadomo na temat mechanizmów synchronizacji temperaturowej" - dodaje autor raportu z badań. Do tej pory naukowcy nie byli w stanie dostarczyć więcej informacji na temat tego, które komórki lub struktury są zdolne do wykrywania dziennych cyklów temperatury. Brak danych osnuł również tajemnicą sposób, w jaki sygnały o cyklu temperatury docierają do zegara dobowego - powiedzieli naukowcy. W ramach wcześniejszych badań, dr Stanewsky wraz z kolegami pomyślnie zidentyfikował dwie mutacje w muszkach owocówkach, które utrudniają synchronizację temperaturową. Odkryli u muszek wadliwy gen "nocte", który wykazywał prawidłową synchronizację świetlną, ale nieprawidłową synchronizację temperaturową na poziomie molekularnym i behawioralnym. W ramach ostatnich badań zespół odkrył, że podczas gdy cykle światło-ciemność były synchronizowane w wyizolowanych mózgach muszek, cykle temperatury już nie. Naukowcy przypuszczają, że jeżeli ma być przeprowadzona synchronizacja temperaturowa, neurony zegara dobowego w mózgu muszą odebrać informacje z tkanek obwodowych. Zauważyli, że synchronizacja temperaturowa jest również utrudniona przez zakłócenia genu "nocte" w komórkach obwodowych. "Zmniejszenie funkcji genu nocte w organach chordotonalnych [głównych organach czuciowych muszki] zmienia ich funkcję i znacznie zakłóca synchronizację temperaturową aktywności behawioralnej" - jak wykazują wyniki badań. Naukowcy odkryli, że inne mutacje, które wpływają na funkcjonowanie organów chordotonalnych również zakłócają synchronizację temperaturową. To pokazuje jak ważną rolę w tym procesie odgrywa gen nocte oraz jak ważne są organy chordotonalne dla struktur czuciowych, zwłaszcza jako całodobowych receptorów temperatury. "Wyniki naszych prac pokazują zaskakujące i ważne różnice mechanistyczne między synchronizacją świetlną a temperaturową oraz pogłębiają naszą wiedzę na temat sposobu regulacji zegara w naturze" - wyjaśnia dr Stanewsky. "Ostatnie badania wykazują raz jeszcze możliwości klasycznej genetyki w identyfikowaniu nowych czynników i mechanizmów. Na podstawie samego tylko przyglądania się sekwencji DNA genu nocte nikt nie byłby w stanie przewidzieć funkcji tego genu ani organów chordotonalnych w synchronizacji temperaturowej." W badaniach udział wzięli również naukowcy z Instytutu Zoologii przy Uniwersytecie w Regensburgu w Niemczech.
Kraje
Niemcy, Zjednoczone Królestwo