Когда день превращается в ночь, а ночь в день, подавляющее большинство живых организмов следуют фиксированному циркадному ритму, который контролирует все, от потребностей сна до температуры тела.
Эти внутренние часы встречаются во всем, от бактерий до людей, и контролируются некоторыми очень разными наследственными генами, известными как гены часов.
В головном мозге гены часов особенно активны в так называемом супрахиазматическом ядре. Он находится чуть выше точки пересечения зрительных нервов и посылает в мозг сигналы об уровне окружающего света. Отсюда супрахиазматическое ядро регулирует ритм ряда других областей тела, включая мозжечок и кору головного мозга.
Однако эти три области мозга не связаны напрямую нейронами, и это вызвало любопытство исследователей из Копенгагенского университета. Используя подопытных крыс, они продемонстрировали, что циркадный ритм контролируется с помощью сигнальных агентов в крови, таких как гормон стресса кортикостерон.
"У людей этот гормон известен как кортизол, и хотя ритм сна у крыс противоположен нашему, у нас в основном та же гормональная система," говорит доцент Мартин Фреденсборг Рат из отдела нейробиологии.
Он объясняет, что в последние годы наблюдается растущее научное внимание к исследованиям часовых генов, одна из причин заключается в том, что предыдущие исследования часовых генов обнаружили корреляцию между депрессией и нарушениями циркадных ритмов организма.
Новый метод с медицинскими микронасосами
В исследовании с гормоном стресса кортикостероном исследователи удалили супрахиазматическое ядро у ряда крыс. Как и ожидалось, это удалило циркадный ритм животных.
Среди прочего, температура тела и уровень активности крыс перешли от циркадных колебаний к более постоянному состоянию. То же самое можно сказать и о ритмичной выработке гормонов.
Однако циркадный ритм мозжечка был восстановлен, когда крысам впоследствии имплантировали специальный программируемый микронасос, обычно используемый для дозирования лекарств в определенных количествах.
В этом случае, однако, исследователи использовали помпу для подачи тщательно отмеренных доз кортикостерона в разное время дня и ночи, аналогично естественному ритму животных.
"Никто раньше не использовал эти насосы ни для чего подобного. Так что технически мы пришли к чему-то совершенно новому," говорит Мартин Фреденсборг Рат.
По этой причине исследователи потратили большую часть года на выполнение большого количества контрольных тестов, чтобы убедиться, что новый метод действителен.
Взаимодействие между нейронами и гормонами
Как уже упоминалось, новый метод окупился. С добавлением искусственного кортикостерона исследователи снова смогли считывать ритмическую активность часовых генов в мозжечке крыс, даже если их супрахиазматическое ядро было удалено.
"Это очень интересно с научной точки зрения, потому что это означает, что у нас есть две системы – нервная система и гормональная система, – которые прекрасно взаимодействуют и влияют друг на друга. И все это в рамках достаточно напряженной 24-часовой программы," говорит Мартин Фреденсборг Рат.
С результатами тестов и новым методом в наборе инструментов следующим шагом исследователей будет изучение других ритмических гормонов аналогичным образом, включая гормоны щитовидной железы.