Τι κάνει τα κιρκαδιακά ρολόγια να τσιμπήσουν;

Ο περίπλοκος μηχανισμός που αποτελεί τη βάση των κιρκαδικών ρολογιών μπορεί να αποδοθεί σε ένα σύνθετο δίκτυο γονιδίων και πρωτεϊνών που σχηματίζουν ένα εσωτερικό σύστημα χρονομέτρησης εντός των οργανισμών. Ο κύριος οδηγός των κιρκαδικών ρυθμών είναι ένα σύνολο γονιδίων γνωστών ως γονιδίων ρολογιού. Αυτά τα γονίδια κωδικοποιούν πρωτεΐνες που ρυθμίζουν την έκφραση άλλων γονιδίων σε ένα ρυθμικό μοτίβο, δημιουργώντας ένα βρόχο μοριακής ανάδρασης που ταλαντεύεται περίπου κάθε 24 ώρες. Ακολουθεί μια απλουστευμένη εξήγηση για το πώς τα κιρκαδιακά ρολόγια σημειώνουν:

1. Τα γονίδια ρολογιού:Στον πυρήνα του κιρκαδικού ρολογιού υπάρχει μια ομάδα γονιδίων ρολογιού, που συχνά αναφέρονται ως "γονίδια ρολογιού πυρήνα". Στα θηλαστικά, τα πιο καλά μελετημένα γονίδια ρολογιού είναι ρολόι (κύκλοι εξόδου του κιρκαδικού κινητήρα Kaput) και BMAL1 (εγκεφάλου και μυών Arnt-like 1). Αυτά τα γονίδια κωδικοποιούν πρωτεΐνες που σχηματίζουν ένα ετεροδιμερικό σύμπλεγμα που ονομάζεται σύμπλοκο ρολογιού-ΒΜΑΤ.

2. Βρόχος ανάδρασης μεταγραφής-μεταγραφής:Το σύμπλεγμα ρολογιού-BMAL1 δρα ως παράγοντας μεταγραφής που ρυθμίζει την έκφραση άλλων γονιδίων ρολογιού. Συνδέεται με συγκεκριμένες αλληλουχίες ϋΝΑ που ονομάζονται e-boxes εντός των υποκινητών αυτών των γονιδίων ρολογιού, προωθώντας τη μεταγραφή τους. Μεταξύ των γονιδίων που ενεργοποιούνται από το ρολόι-BMAL1 είναι τα γονίδια περιόδου (PER) και κρυπτογράφου (CRY).

3. Βρόχος αρνητικής ανατροφοδότησης:Σύμφωνα με τις πρωτεΐνες και οι πρωτεΐνες κλάσης συσσωρεύονται, σταδιακά συσσωρεύονται στο κυτταρόπλασμα και τελικά μετατοπίζονται πίσω στον πυρήνα. Στον πυρήνα, σχηματίζουν σύμπλοκα και αναστέλλουν τη δραστικότητα του συμπλέγματος ρολογιού-ΒΜΑΟ1, μειώνοντας έτσι τη μεταγραφή των γονιδίων PER και CRY. Αυτός ο βρόχος αρνητικής ανατροφοδότησης έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση των επιπέδων πρωτεΐνης PER και CRY, επιτρέποντας στον κύκλο να ξεκινήσει.

4. Αυτές οι τροποποιήσεις, όπως η φωσφορυλίωση και η ουβικιτινίωση, επηρεάζουν τη σταθερότητα, τον εντοπισμό και τη δραστηριότητα των πρωτεϊνών ρολογιού, συμβάλλοντας περαιτέρω στον ακριβή χρονισμό του κιρκαδικού κύκλου.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το κιρκαδικό ρολόι δεν εξαρτάται αποκλειστικά από αυτά τα γονίδια ρολογιού πυρήνα. Άλλοι παράγοντες, όπως οι περιβαλλοντικές ενδείξεις (π.χ. φως), τα ορμονικά σήματα και οι νευρωνικές εισροές, μπορούν επίσης να επηρεάσουν τον χρονισμό και τον συγχρονισμό των κιρκαδικών ρυθμών.

Η αξιοσημείωτη ακρίβεια και η προσαρμοστικότητα των κιρκαδικών ρολογιών επιτρέπουν στους οργανισμούς να προβλέπουν και να ανταποκρίνονται στις καθημερινές αλλαγές στο περιβάλλον τους, βελτιστοποιώντας τις φυσιολογικές και συμπεριφορικές διαδικασίες τους για επιβίωση και γενική ευημερία.