Download to read offline
Uploaded byProstirChasopys
16.05. Brainy. Лекція Миколи Кононенка. Циркадний годинник.
Документ обсуждает циркадные ритмы и механизмы их генерации в организме человека, подробно описывая работу супрахиазматических ядер гипоталамуса как главных биологических часов. Рассматриваются также заболевания, связанные с нарушениями циркадных ритмов, такие как бессонница и джетлаг. В заключение подчеркивается важность взаимодействия нейронов и механизмов, обеспечивающих их циркадную активность.
16.05. Brainy. Лекція Миколи Кононенка. Циркадний годинник.
- 1.
- 2. 1. Почему мыутром просыпаемся, даже если не пользуемся будильником. 2. Что такое циркадные ритмы. 3. Где в мозге расположены наши собственные циркадные часы. 4. Как работают наши главные циркадные часы. 5. Куда идут сигналы от наших главных часов. 6. Заболевания, связанные с проблемами в работе главных часов. Из 29 2
- 3. Циркадные ритмы ворганизме человека Из 29 3
- 4. Главный исторический факт: В1729 году впервые экспериментально deMairan обнаружил, что суточные регулярные движения листочков мимозы наблюдаются и в полной темноте. Был сделан вывод, что эти движения не зависят напрямую от солнечного освещения. Каждый кадр ростка репы Brassica rapa делали через 20 мин в течении 5 дней Из 29 4
- 5. Циркадные ритмы активностимыши в колесе Из 29 5 Свет - темнота Темнота - темнота
- 6. Циркадный ритм, Циркадныечасы Circadian rhythm, Circadian clock Latin: Circa = примерно, около; dies = день От Franz Halberg, 1959 Происхождение слова циркадный Из 29 6
- 7. Гипоталамус Глаз Ретино-гипоталамический путь Парные супрахиазматическиеядра (СХЯ, SCN) гипоталамуса являются главными биологическими часами, регулирующими циркадные ритмы у млекопитающих. Это было показано путём хирургического удаления этих ядер, разрушающего циркадное поведение, с последующим его восстановлением после пересадки СХЯ от донора. Главные циркадные часы у человека Из 29 7
- 8. Разрушение СХЯ вызываетфрагментацию активности Из 29 8
- 9. Из 29 9 ~700 m Ретино- гипоталамический путь Вертикальный и горизонтальный срезы супрахиазматичесих ядер
- 10. 1 мм Супрахиазматические ядрамыши под бинокулярным микроскопом Из 29 10
- 11. 100 mм Нейроны супрахиазматическогоядра под инфракрасным дифференциальным микроскопом Из 29 11
- 12. Примерно от 100нейронов Вся запись 100 мс Циркадные ритмы электрической активности нейронов супрахиазматического ядра 1 мм Из 29 12
- 13. ВЫВОД • Парные супрахиазматическиеядра (СХЯ, SCN) гипоталамуса являются главными биологическими часами, регулирующими циркадные процессы в организме. • Волнующий вопрос: является ли циркадный ритм электрической активности ядра результатом работы нейронной сети или же отдельные нейроны генерируют циркадную электрическую активность. Из 29 13
- 14. 0 6 Гц 0 1 23 4 5(Дни) 1 мин 1мм 100 mм Многоэлектродная камера для культивирования клеток Из 29 14
- 15. Из 29 Активность отдельныхнейронов ядра и интегральная активность многих нейронов в супрахиазматическом ядре Частота(Гц) 15
- 16. ВЫВОД • Индивидуальные нейронысупрахиазматического ядра генерируют собственные циркадные ритмы электрической активности. Как результат внутреннего взаимодействия между нейронами, ядро в целом генерирует когерентный электрический выход. • Волнующий вопрос: какие клеточные механизмы генерации циркадной электрической активности в нейроне супрахиазматического ядра ? Из 29 16
- 17. Три главные компоненталюбых часов: 1) осциллятор, 2) передаточный механизм, 3) стрелки или цифры Из 29 17
- 18. Осциллятор Посредник 0 6 Гц Схема циркадных часовв нейроне в супрахиазматическом ядре Ионные каналы 0 1 2 3 4 5(Дни)Из 29 18
- 19. ДНК мРНК Протеин Per Ядро транскрипция трансляция Фосфорилирование, димеризация Транспорт Протеин*Per* К посреднику Деградация Упрощённая схема циркадного осциллятора в нейроне в супрахиазматическом ядре Per Из 29 19
- 20. ВЫВОД Осцилляции с периодомв 24 часа с нейроне происходят за счёт цепи с обратной связью, включающей транскрипцию и трансляцию, когда синтезированный белок с задержкой во времени, обусловленной его модификацией и транспортом в ядро, подавляет его же собственную транскрипцию. Из 29 20
- 21. Светлячки вырабатывают свет, используяхимическую реакцию, которая называется биолюминесценция. Этот процесс происходит в нижней части брюшка насекомого. Фермент люцифераза стимулирует испускание света люциферином в присутствии ионов магния, АТФ и кислорода. Гены, кодирующие люциферазу были введены в геном многих организмов. Светлячки Из 29 21
- 22. Циркадные ритмы PER2::LUC биолюминесценции,в изолированных нейронах в культуре Из 29 22
- 23. Из 29 Активность отдельныхнейронов ядра и интегральная активность многих нейронов в супрахиазматическом ядре Частота(Гц) 23
- 24. Схема синхронизации отдельныхклеточных осцилляторов в супрахиазматическом ядре Из 29 24
- 25. Циркадные ритмы биолюминесценциив целом супрахиазматическом ядре Из 29 25
- 26. Главные и периферическиециркадные часы и ритмы в организме человека Из 29 26
- 27. Циркадные ритмы ворганизме человека Из 29 27
- 28. Эпифиз Супрахиазматические ядра Взаимоотношения между СХЯи эпифизом Из 29 28
- 29. Болезни, связанные сциркадными ритмами 1. Фатальная семейная бессонница 2. Джетлаг 3. Задержка фазы сна 4. Раннее наступление фазы сна 5. Десинхронизация биоритмов Из 29 29
- 30. Спасибо всем заинтерес к циркадным ритмам и механизмам их генерации Из 29 30
- 31. Температурная компенсация Влияние температурына скорость биохимических реакций определяется коэффициентом Q10, который является отношением скорости при данной температуре к таковой при температуре на 10оС ниже. Q10 = Vt/Vt-10 o C Для биохимических реакций 2 < Q10 < 3, тогда как для периода Т циркадных ритмов Q10~1. Из 29 31
- 32. Transcriptional–translational feedback loop(TTFL) drives rhythms in gene expression At the beginning of the cycle, CLOCK–BMAL1 protein complexes bind DNA at specific promoter regions (E-box) to activate the transcription of a family of genes including the period (Per1, Per2 and Per3) genes and cryptochrome (Cry1 and Cry2) genes. The levels of the transcripts for Per and Cry genes reach their peak during the period from midday to late in the day, whereas the PER and CRY proteins peak in the early night. The PERs, CRYs and other proteins form complexes that translocate back into the nucleus and turn off the transcriptional activity driven by CLOCK–BMAL1 with a delay (owing to the time required for transcription, translation, dimerization and nuclear entry). Other feedback loops within the cells contribute to the precision and robustness of the core oscillation. Из 29 32
- 33. Мелатонин и егосинтез Из 29 33
Editor's Notes
- #29 Эпифиз — железа эндокринной системы, чья физиология и функция изучены недостаточно хорошо. Известно, что шишковидное тело участвует в формировании суточных ритмов сна и бодрствования, покоя и высокого эмоционального и физического подъема. http://scisne.net/a-1599 Основной световой сигнал идёт через ретиногипоталамический путь, который начинается от особых светочувствительных ганглиозных клеток сетчатки и доходит до супрахиазматического ядра (СХЯ) гипоталамуса. Сигналы из СХЯ, которые изменяются в соответствии с суточным ритмом, передаются в паравентрикулярное ядро (ПВЯ) гипоталамуса, а оттуда в составе интермедиолатерального столба спинного мозга доходят до верхнего шейного ганглия. Симпатические постганглионарные норадренергические волокна иннервируют мелатонин-секретирующие клетки в эпифизе. Норадреналин действует на постсинаптические β1- и α1-адренорецепторы в клетках эпифиза, которые запускают механизмы синтеза мелатонина. Возбуждение СХЯ, вызванное светом, вызывает не возбуждение, а торможение нейронов верхнего шейного узла, соответственно, они снижают выброс норадреналина, а эпифиз в ответ на это снижает секрецию мелатонина. Таким образом, в темноте секреция мелатонина усиливается, а днём — уменьшается. Норадреналин действует на постсинаптические β1- и α1-адренорецепторы в клетках эпифиза, которые запускают механизмы синтеза мелатонина.