Цикл света рождения существенно влияет на биологические часы младенцев

цикл

Сезон, в который рождаются младенцы, может иметь драматический и постоянный эффект на то, как функционируют их биологические часы.Это — заключение нового исследования, изданного онлайн журналом Nature Neuroscience. Эксперимент представляет первые свидетельства для сезонного печатания биологических часов у млекопитающих и проводился профессором Биологических наук Дуглас Макмахон, аспирант Крис Сиарлеглио, постдокторант Карен Гэмбл и два студента бакалавриата в Университете Вандербилт.

Эффект печатания, найденный у молодых мышей, может помочь объяснить факт, что у людей, родившихся в зимних месяцах, есть более высокий риск многих неврологических расстройств включая сезонное аффективное расстройство (зимняя депрессия), биполярная депрессия и шизофрения.«Наши биологические часы измеряют длительность дня и изменяют наше поведение согласно сезонам.

Нам было любопытно видеть, могли ли бы световые сигналы сформировать развитие биологических часов», сказал Макмахон.В эксперименте группы щенков мыши разводились от рождения до отнимания от груди в искусственных зимних или летних легких циклах. После того, как их отняли от груди, они сохранялись или в том же цикле или в противоположном цикле в течение 28 дней. Как только они были зрелы, мыши были размещены в постоянную темноту, и их структуры активности наблюдались.

Рожденные зимой мыши показали непротиворечивое замедление своего ежедневного периода активности, независимо от того, сохранялись ли они на зимнем легком цикле или были перемещены к летнему циклу после отнимания от груди. Когда ученые исследовали основные биологические часы в мозгах мыши, с помощью гена, заставляющего клетки часов пылать зелеными, когда активный, они нашли подобную структуру: замедление гена начинает работу рожденные зимой мыши по сравнению с касавшимися летний легкий цикл.«Что особенно поразительно о наших результатах, факт, что печатание влияет и на поведение животного и на циркуляцию нейронов в основных биологических часах в их мозгах», сказал Чарлельо.Кроме того, их эксперименты нашли, что печатание активности гена часов около рождения имело сильное воздействие на реакции биологических часов к изменениям в сезон спустя в жизни.

Биологические часы и поведение рожденных летом мышей остаются стабильными и выровненными ко времени сумрака, в то время как та из рожденных зимой мышей значительно различалась, когда они были размещены в летний легкий цикл.«Мыши, разводившие в зимнем цикле, показывают преувеличенную реакцию на изменение в сезон, который поразительно подобен тому из человеческих пациентов, страдающих от сезонного аффективного расстройства», прокомментировал Макмахон.Точно, когда печатание происходит во время трехнедельного периода, приводящего к отниманию от груди и является ли эффект временным, или постоянный вопросы, к которым ученые намереваются обратиться в будущих экспериментах.Сезонность и индивидуальность

Новое исследование указывает на интригующую, но очень недоказанную возможность: сезонные изменения в цикле дня/ночи, который люди испытывают как их мозги, развиваются, может влиять на их индивидуальность.«Мы знаем, что биологические часы регулируют настроение у людей. Если механизм печатания, подобный тому, который мы нашли у мышей, оперирует у людей, то это могло не только иметь эффект в ряде поведенческих нарушений, но также и иметь более общий эффект на индивидуальность», сказал Макмахон.«Важно подчеркнуть, что, даже при том, что это немного походит на астрологию, это не: это — сезонная биология!» Макмахон добавил.

Мыши в этом исследовании разводились на искусственных сезонных легких циклах в лаборатории, и исследование было повторено в разное время года. У людей исследования, проводимые в северных и южных полушариях, подтвердили, что это — сезон зимы — не месяца рождения — который приводит к повышенному риску шизофрении.

Существует много возможных сезонных сигналов, которые могли влиять на мозговое развитие, включая подверженность вирусу гриппа. Это исследование показывает, что сезонные легкие циклы могут влиять на развитие определенной функции мозга.

«Мы знаем от предыдущих исследований, что свет может влиять на развитие других частей мозга, например визуальная система. Наша работа показывает, что это также верно для биологических часов», сказал Чарлельо.Фон

Эксперимент выполнялся со специальным штаммом генетически спроектированных мышей, которых Макмахону потребовались два года, чтобы развить. Мышам вставили дополнительный ген в их геном, производящий естественно флуоресцентный зеленый белок, вызывающий нейроны биологических часов в их мозгах пылать зеленым, когда они активны. Это позволяет ученым непосредственно контролировать активность основных биологических часов, расположенных посреди мозга позади глаз в небольшой площади, названной suprachiasmatic ядром (SCN).Для исследования исследователи взяли три группы из шести — восьми новорожденных щенков каждый и разместили их (и их матери) в средах с циклами дня/ночи, которыми управляют.

Одна группа была размещена в «летний» цикл с 16 часами света и восемь часов темноты; другая группа была размещена в «зимний» цикл с восемью часами света и 16 часов темноты; и третья группа была размещена в цикл равноденствия с 12 часами света и 12 часов темноты. Они сохранялись в этих средах в течение трех недель, пока их не отняли от груди.«Когда они рождаются, мозги мышей менее развиваются, чем те из человеческого ребенка. В результате их мозги все еще телеграфируются во время этого периода», сказал Макмахон.

Как только их отняли от груди, половина рожденных летом мышей сохранялась на летнем цикле, и половина были переключены на зимний цикл в течение следующих 28 дней, когда они стали зрелым. Рожденным зимой мышам дали то же лечение. Рожденные равноденствием мыши были разделены на три группы и помещены в лето, зиму и циклы равноденствия.После того, как мыши назрели, они были размещены в среду непрерывной темноты.

Это устранило стимулы дня/ночи, обычно перезагружающие биологические часы и позволившие ученым определять внутренние циклы своих биологических часов.Ученые нашли существенные различия между рожденными летом и рожденными зимой группами.

Рожденные летом мыши вели себя то же, были ли они сохранены на летнем цикле или переключились на зимний цикл. Они начали бежать во время сумрака (как определено их прежним циклом дня/ночи), продолжаемый в течение десяти часов и затем покоились в течение 14 часов.Поведение рожденных зимой мышей очень отличалось.

Те, кто был сохранен на зимнем легком цикле через созревание, показали в основном ту же структуру как их летних кузенов: Они стали активными во время сумрака и продолжали в течение 10 часов перед отдыхом. Однако те, кто был переключен на летний цикл, оставались активными в течение дополнительного с половиной часа.Когда они смотрели на то, что происходило в мозгах различных групп, они нашли поразительно подобную структуру.У рожденных летом мышей активность нейронов в SCN достигла максимума во время сумрака и продолжалась в течение 10 часов.

Когда рожденные зимой мыши назрелись в зимнем цикле, их нейронная активность достигла максимума спустя один час после времени сумрака и продолжалась в течение 10 часов. Но, у рожденных зимой мышей, переключенных на летний цикл, активность основных биочасов достигла максимума за два часа до времени сумрака и продолжалась в течение 12 часов.Когда они посмотрели на группу равноденствия, ученые нашли изменения, упавшие на полпути между летними и зимними группами.

Подвергнутые летнему циклу, когда они стали зрелым, имели биологические часы, которые достигнувший максимума за один час до того, как время сумрака и биологические часы подвергнутых зимнему циклу достигли максимума спустя половину часа после времени сумрака. В обоих случаях продолжительность активности SCN составляла 11 часов.Их анализ показал, что эти изменения вызываются альтерациями структур активности отдельных нейронов, а не эффектами сетевого уровня.

«Довольно поразительно, как близко нейронная форма волны и период выстраиваются в линию с их поведением», сказал Макмахон.Примечания:Ciarleglio закончил его аспирантуру и является теперь помощником директора Института Мозга Вандербилта.

Студенческими компонентами к исследованию был Джон Аксли и Беньямин Штраус, получившие высшее образование и пошедшие на аспирантуру и медицинскую школу. Карен Гэмбл, способствующий постдокторант, является теперь преподавателем в отделении психиатрии в университете Алабамы Бирмингем.Исследование финансировалось грантами от Национальных Институтов Здоровья и проводилось в сотрудничестве с Научно-исследовательским центром Нейробиологии Сильвио О. Конте в Вандербилте.

Источник:Университет Вандербилт


Добавить комментарий