Fiecare celula a corpului nostru stie cat e ceasul

Dimensiune font:

| 29-10-2012 16:23

Una dintre putinele trasaturi comune ale celor aproximativ 8.7 milioane specii ce traiesc pe Pamant este prezenta unui ceas biologic intern, care coordoneaza activitatile biochimice, fiziologice sau comportamentale ale diverselor organisme in decursul celor 24 de ore. Ritmul circadian (circa-in jurul; diem-zi) dicteaza nivelul de cortizol din organism, de melatonina secretata in timpul noptii, influenteaza metabolismul, determina alternanta ciclurilor veghe-somn. Centrul de la nivelul creierului cu rol in reglarea ritmului circadian se afla localizat in nucleii suprachiasmatici din hipotalamus.

Desi preocupari in directia elucidarii mecanismelor care au determinat aparitia ceasului biologic in organismele vii, ca si pentru descoperirea motivului pentru care ritmul circadian este foarte strans legat de miscarea de revolutie a planetei (care decurge tot pe parcursul a 24 de ore) exista de foarte mult timp, raspunsurile date de oamenii de stiinta sunt inca incomplete. Ceea ce stim este ca in urma perturbarii ciclului veghe-somn apar afectiuni ca diabet sau obezitate, din cauza scaderii cantitatii de insulina secretate, sau chiar cancer, ca urmare a scaderii cantitatii de melatonina din organism (melatonina are si efect antioxidant).

Ca si in cazul multor alte mistere stiintifice, se incearca o explicatie pornind de la nivel genetic. Experimentele in vederea descoperirii genelor responsabile de existenta ceasului biologic au debutat la inceputul anilor ’80. In urma descoperirilor efectuate in aproape 20 de ani de studii, s-a emis teoria existentei unui mecanism bazat pe "interschimbarea unor gene", astfel: in jurul diminetii, una dintre genele implicate in reglarea ceasului intern (denumite in continuare <<gene ceas>>) este activata, determinand sinteza de proteine. Nivelurile de proteine vor creste in decursul zilei, atingand maximul seara. Cantitatea crescuta de proteine specifice, printr-un proces de feedback negativ, va determina dezactivarea genelor ce le regleaza secretia.

Tot prin intermediul experimentelor genetice s-au obtinut dovezi ale faptului ca reglarea ritmului circadian nu se realizeaza doar la nivel central. In acest sens, s-a realizat inserarea unei gene ce codifica sinteza luciferazei (enzima responsabila de emisia luminoasa nocturna a licuricilor) in genomul unor cobai. Evident, enzima nu a fost aleasa intamplator, ci tocmai datorita proprietatii sale intrinseci de a emite radiatie luminoasa, fiind asadar utilizata ca biomarker, cu rolul de a a semnaliza activarea si dezactivarea unei gene ceas. Experimentul a devenit cu atat mai interesant cu cat s-a dovedit ca si celulele izolate, care nu pot comunica cu structurile hipotalamice, prezinta o anumita ritmicitate a activitatii genetice, nu mult diferita de celulele din organismul soarecilor.

Au urmat apoi cercetari efectuate pe celule prelevate din tesuturi umane. Dr. Steve Brown, in cadrul unor studii postdoctorale realizate la Universitatea din Geneva, a inserat fragmente de gene ce codifica sinteza luciferazei in interiorul unui genom uman al unor celule de origine cutanata. Experimentele s-au realizat atat in prezenta luminii, cat si in absenta acesteia. A fost observata prezenta ritmului circadian in ambele situatii, fara a exista mari deosebiri fata de ritmul circadian al celulelor de aceeasi origine tisulara din corpul donatorilor.

Concluzia care se desprinde este ca celulele izolate au "notiunea timpului" chiar si in afara organismului. Asadar, trebuie sa existe in fiecare celula un fel de mecanism intrinsec de cuantificare a timpului, iar acesta nu necesita neaparat reglare la nivel central.

Totusi, nucleii suprachiasmatici au un rol esential in sincronizarea datelor provenite de la toate ceasurile biologice existente in fiecare celula. Astfel se explica efectele decalajului orar, ca: greata, oboseala, dureri de cap, dezorientare, tulburari gastro-intestinale.

Mai mult, se pare ca "interschimbarea genelor ceas" nu reprezinta singurul mecanism intracelular de masurare a timpului. Prof. O'Neil si Dr. Akhilesh (Wellcome Trust, Cambridge) au intuit existenta unui mecanism non-transcriptional prin care functioneaza ceasul biologic. Pentru a dovedi aceasta ipoteza au realizat studii ale unor procese biologice de la nivel eritrocitar. De ce au ales celulele rosii ale sangelui? Pentru ca acestea sunt singurele celule din organism care nu contin material genetic.

In esenta, cercetatorii au folosit ca biomarkeri care sa le permita monitorizarea activitatilor fiziologice eritrocitare peroxiredoxinele, enzime cu rol in reducerea nivelului de specii reactive de oxigen rezultate in urma procesului de respiratie celulara. Enzimele in discutie sufera schimbari structurale in urma unor reactii redox, schimbari ce permit monitorizarea datelor obtinute. Rezultatele experimentelor au aratat ca procesele de oxidare si reducere din interiorul celulelor rosii, catalizate de peroxiredoxine, au loc intr-un ritm asemanator celui dictat de ritmul circadian din hematiile neizolate - dovada a existentei unui mecanism nontranscriptional ce sta la baza ritmului circadian.

Mecanismele transcriptional si non-transcriptional sunt insa complementare, lucru dovedit prin indepartarea genelor ceas din genomul unor celule izolate. S-a constatat ca in aceste celule, procesele redox nu mai decurg in mod normal, desi nu sunt complet absente. Experimentele au fost realizate de data aceasta pe celule provenite de la soareci. Studiile viitoare se concentreaza asupra cercetarii efectelor induse asupra organismului de modificarea ratei de producere a speciilor reactive de oxigen in functie de ritmul circadian si asupra modului in care desfasurarea proceselor redox de la nivel eritrocitar se modifica in timp.

Sursa: Phys Org