Циркадианный осциллятор , или эндогенные часы — неясной природы генератор биологических ритмов, присутствующий в супрахиазматическом ядре гипоталамуса и контролирующий продолжительность сна и бодрствования. Осциллятор циркадианных ритмов в большинстве клеток живых организмов представлен комплексом белков часовых генов (clock-genes proteins). Через транскрипцию контролируемых ими генов или непосредственно они запускают и поддерживают околосуточную ритмику многих функций, в том числе секреции гормонов .

Основные характеристики циркадианного осциллятора человека

• • локализован в супрахиазмальном ядре гипоталамуса
• • основан на периодической транскрипции особых генов
• • период колебания экспрессии равен 23-25 часам
• • благодаря отрицательным обратным связям уровень экспрессии генов претерпевает периодические колебания
• • продукты этих генов сами являются факторами транскрипции[1]

Механизм подстройки осциллятора

• Подстройка возможна лишь на уровне транскрипции генов Per
• Глутамат активирует экспрессию Per
• Серотонин подавляет экспрессию Per

Функции белков циркадианных осцилляторов

Функции белков часовых генов отражают как общие для центрального и периферического циркадианных осцилляторов свойства, так и тканеспецифичные. Условно их можно разделить на следующие группы :

1. регуляция ЦО через взаимодействия clock-белков
2. контроль объёма ткани через регуляцию клеточного цикла и апоптоза
3. гомеостатирование обмена веществ и энергии
4. адаптация специфических свойств клетки, ткани, органа или физиологической системы к циркадианному и другим ритмам воздействий окружающей среды

Белки циркадианного осциллятора

У человека 8 белков задействовано в генерации циркадианного ритма : PERIOD 1,2 и 3, CRYPTOCHROME 1 и 2 , а также CLOCK , TIMELESS и Bmal-1. Белки часовых генов (clock-genes proteins) образуют семейство, представленное гомологами у всех живых организмов, от прокариот до человека. Они формируют околосуточный (циркадианный) ритм активности и обладают рядом иных функций, взаимосвязанных, в первую очередь, с регуляцией метаболизма. Центральный элемент циркадианного clock- механизма представлен у млекопитающих двумя парами белков часовых генов, образующих гетеродимерные комплексы: PER (от гена period) + CRY (от гена cryptochrome) и CLOCK (от гена clock) + BMAL1 (от гена Вrain and Muscle Arnt-like protein 1), которые взаимосвязаны петлями +/- обратных связей. При этом белки димера CLOCK-BMAL1 (максимум концентрации к началу темноты) активируют транскрипцию и трансляцию белков PER и CRY, которые по мере накопления снижают содержание белков первого димера. Важно подчеркнуть, что значительная роль в регуляции clock-осциллятора принадлежит цАМФ, как и в случае осцилляторных HCN каналов .Кроме того, большой круг кофакторов участвует в ремоделировании хроматина и в посттранскрипционной регуляции clock-белков, осуществляет их посттрансляционную модификацию, поддерживает стабильность, контролирует их внутриклеточный транспорт и локализацию. В контроле этого сложного внутриклеточного механизма принимает участие группа ключевых энзимов обмена веществ (в первую очередь, липидов и углеводов), а также транскрипционных факторов и кофакторов .[10]

Тип активности осциллятора

В master-clock головного мозга гормоны (комедиаторы) в ответ на свет запускают и поддерживают распространение Са-волны от нейронов зоны ретинального входа СХЯ к зоне выхода эфферентных аксонов, что способствует последовательному экзоцитозу разных комплексов нейропептидов и медиаторов, а также Са-зависимой транскрипции часовых генов. В печени глюкокортикостероиды, активирующие транскрипцию ключевых для метаболизма генов, опосредованно «навязывают» циркадианный ритм транскриптоме органа в целом. В почках описаны параллельные влияния альдостерона и белка Per, синхронизирующие функции разных клеток и внутриклеточных структур органа.

Литература

1. Биологические ритмы : в 2-х т./Под ред. Ю.Ашоффа. -М.:Мир,1984
2. Биологические ритмы . Ю. А. Романов , С. А. Чепурнов и др. -М.:Наука,1980
3. Биологические ритмы . Тезисы научной конференции по проблеме биологических ритмов и их значению в физиологии и патологии человека
4. Биологические ритмы гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы у животных и человека в норме и при патологии ./Под ред. Ю. А. Романова и В. А. Таболина . М.,1975
5. Aaron Avivi , Urs Albrecht , Henric Oster . Biological clock in total darkness : the Clock/Mop3 circadian system of the blind subterranian mole rat
6. L.P.Shaerman , S.Sriram . Interacting molecular loops in the mammalian circadian clock
7. Чернышева М. П. Пространственно- временная структура гормональной системы организма // Основы нейроэндокринологии. Ред. В. Г. Шаляпина, П. Д. Шабанов). СПб: Элби-СПб.- 2005.-С. 366—407.
8. Чернышева М. П. Об особенностях временных процессов в живых организмах/ Сб. «Человек в пространстве концептуальных времен». Ред. В. С. Чуракова.- Новочеркасск: «НОК».- 2008а.- С. 94-101.
9. Чернышева М. П. Об активных свойствах времени в живых системах//«Время и звезды»: к 100-летию Н. А. Козырева. Ред. Л. С. Шихобалов.- СПб.: Нестор-История. 2008б.- С. 545—555.
10. Чернышева М. П. Клеточно-молекулярные осцилляторы и восприятие времени//Хронос и Темпус (Природное и социальное время: философский, теоретический и практический аспекты): Сб.научн. трудов/Под ред. В. С. Чуракова (серия БИБЛИОТЕКА ВРЕМЕНИ. Вып.6).-Новочеркасск: НОК, 2009.-356с.-(с.161-173).