پروتئینی در سیستم بینایی موش‌ ها شناسایی و کشف شد

دانشمندان دانشکده پزشکی دانشگاه جان هاپکینز و موسسه ملی بهداشت پروتئینی را در سیستم بینایی موش‌ها شناسایی کرده‌اند که به نظر می‌رسد برای تثبیت ریتم‌های شبانه‌روزی بدن از طریق بافر کردن پاسخ مغز به نور، بسیار مهم و کلیدی است.

اگر ریتم‌های شبانه‌روزی با هر تغییر سریع در روشنایی، مثلاً یک ماه‌گرفتگی یا یک روز بسیار تاریک و بارانی، تنظیم می‌شد، در تنظیم رفتارهای دوره‌ای مانند خواب و گرسنگی چندان مؤثر نبودند. پروتئینی که ما شناسایی کردیم به مغز در طول رشد عصبی کمک می‌کند تا پاسخ‌های پایداری به چالش‌های ریتم شبانه‌روزی از روز به روز بدهد.

کولودکین این مطالعه را با سامر هاتار، دکترای تخصصی، رئیس بخش نور و ریتم‌های شبانه‌روزی در موسسه ملی سلامت روان رهبری کرد.

دانشمندان مدت‌هاست می‌دانستند که بیشتر موجودات زنده یک «ساعت شبانه‌روزی» دارند، مجموعه‌ای از ریتم‌های بیولوژیکی که تقریباً در یک چرخه ۲۴ ساعته عمل می‌کنند و بر هوشیاری، خواب‌آلودگی، اشتها و دمای بدن، از جمله سایر رفتارهای چرخه‌ای تأثیر می‌گذارند. بر هم زدن این سیستم -; از طریق نوبت کاری یا سفرهای طولانی مدت در چندین منطقه زمانی و نور در انسان، به عنوان مثال -; می تواند عواقب شدیدی داشته باشد. مطالعات قبلی ناراحتی های مداوم در ریتم شبانه روزی را با افزایش خطر ابتلا به سرطان، افسردگی و بسیاری از مشکلات پزشکی دیگر مرتبط می دانند.

سیستم های شبانه روزی اساساً با قرار گرفتن در معرض نور “آموزش داده می شوند”. اگرچه محققان در چند دهه گذشته پیشرفت قابل توجهی در ترسیم مکانیسم‌های مسئول ریتم‌های شبانه‌روزی داشته‌اند، هنوز مشخص نیست که چگونه مغز برای آنها سیم‌کشی می‌شود.

برای کسب اطلاعات بیشتر، کولودکین و هاتار، همراه با نویسندگان اول مطالعه، جان هونیارا و کت دالی و همکارانشان، پایگاه داده‌ای را برای مولکول‌های بیولوژیکی موجود در طول توسعه در مرکز کنترل مغز موش برای ریتم‌های شبانه‌روزی جستجو کردند. هسته سوپراکیاسماتیک (SCN).

SCN که در اعماق مغز موش و انسان در هیپوتالاموس قرار دارد، در نزدیکی مناطقی قرار دارد که بینایی را کنترل می‌کند و با سلول‌های مغز ارتباط برقرار می‌کند که به شبکیه، بخش حساس به نور چشم منتهی می‌شود.

تیم تحقیقاتی به سرعت پروتئین سطح سلولی به نام تنئورین-3 (Tenm3) را که بخشی از خانواده بزرگ‌تری از پروتئین‌ها است که نقش کلیدی در مجموعه مدار سیستم بینایی و به طور کلی در سایر مدارهای سیستم عصبی مرکزی بازی می‌کنند، به صفر رساندند.

زمانی که محققان موش‌ها را برای جلوگیری از تولید Tenm3 تغییر ژنتیکی دادند، حیوانات ارتباط کمتری بین شبکیه و SCN در مقایسه با حیوانات با Tenm3 سالم ایجاد کردند. با این حال، موش‌های فاقد Tenm3 ارتباط بسیار بیشتری بین سلول‌ها در هسته و پوسته SCN ایجاد کردند، جایی که Tenm3 تمایل به محلی شدن دارد.

دانشمندان برای اینکه ببینند چگونه Tenm3 می‌تواند ریتم‌های شبانه‌روزی را تثبیت کند یا آن‌ها را در معرض اختلال حتی کمی نور قرار دهد، مجموعه‌ای از آزمایش‌ها را طراحی کردند. ابتدا موش‌های فاقد Tenm3 را در یک چرخه 12 ساعته نور/تاریکی آموزش دادند، سپس دوره تاریکی را شش ساعت تغییر دادند. موش‌های با Tenm3 سالم حدود چهار روز طول کشید تا ریتم شبانه‌روزی خود را مطابق با الگوهای فعالیت تشخیصی چرخه‌های خواب طبیعی اندازه‌گیری کنند. حیوانات بدون Tenm3، با این حال، در نیمی از زمان بسیار سریعتر تنظیم شدند.

هنگامی که محققان آزمایش مشابهی را با نور دو برابر کم‌تر از آزمایش قبلی انجام دادند، موش‌های Tenm3 سالم حدود هشت روز طول کشید تا چرخه شبانه‌روزی خود را تنظیم کنند، اما برای موش‌های بدون Tenm3 فقط حدود چهار روز طول کشید. حتی فقط یک پالس 15 دقیقه‌ای نور کم باعث تحریک موش‌های فاقد Tenm3 شد – اما نه موش‌هایی که پروتئین Tenm3 معمولی داشتند. برای تولید یک ماده شیمیایی مغز که به عنوان نماینده ای برای قرار گرفتن در معرض نور عمل می کند، که نشان دهنده حساسیت بالا به نشانه های نوری لازم برای تنظیم یا تنظیم مجدد ساعت شبانه روزی است.

این یافته‌ها به نویسندگان نشان می‌دهد که Tenm3 به مغز کمک می‌کند تا ریتم‌های شبانه‌روزی پایدار را حفظ کند، حتی زمانی که قرار گرفتن در معرض نور متغیر است. هاتار می‌گوید با کسب اطلاعات بیشتر در مورد این سیستم و نقش Tenm3، محققان ممکن است در نهایت قادر به تشخیص و درمان مشکلاتی باشند که منجر به بی‌خوابی و سایر اختلالات خواب در افراد می‌شود.