Ο γενετικός μηχανισμός: πώς λειτουργούν τα εσωτερικά μας ρολόγια

2024 Συγγραφέας: Malcolm Clapton | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 03:52

Όλοι έχουν ακούσει για το εσωτερικό ρολόι, αλλά λίγοι γνωρίζουν πώς λειτουργούν. Δύο ομάδες επιστημόνων από τις Ηνωμένες Πολιτείες πραγματοποίησαν μελέτες μεγάλης κλίμακας για να κατανοήσουν πώς λειτουργούν τα ρολόγια μας και ποια είναι η επίδρασή τους στο σώμα.

Καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας ακούμε το «χτύπημα» του ρολογιού μέσα στο σώμα μας. Είναι αυτό που μας ξυπνά το πρωί και μας κάνει να νυστάζουμε το βράδυ. Είναι αυτό που ανεβάζει και μειώνει τη θερμοκρασία του σώματός μας την κατάλληλη στιγμή, ρυθμίζει την παραγωγή ινσουλίνης και άλλων ορμονών.

Το εσωτερικό ρολόι του σώματος, το ίδιο το τικ που νιώθουμε, λέγεται και κιρκάδιοι ρυθμοί.

Αυτοί οι ρυθμοί επηρεάζουν ακόμη και τις σκέψεις και τα συναισθήματά μας. Οι ψυχολόγοι μελετούν τις επιπτώσεις τους στον ανθρώπινο εγκέφαλο αναγκάζοντας τους εθελοντές να κάνουν γνωστικά τεστ σε διαφορετικές ώρες της ημέρας.

Αποδείχθηκε ότι το πρωί είναι η καλύτερη ώρα για να εκτελέσετε εργασίες που απαιτούν από τον εγκέφαλο να κάνει πολλές εργασίες. Εάν πρέπει να διατηρήσετε πολλά επίπεδα πληροφοριών στο κεφάλι σας ταυτόχρονα και να επεξεργαστείτε αυτά τα δεδομένα αμέσως, θα πρέπει να αρχίσετε να εργάζεστε από την αρχή της ημέρας. Αλλά το δεύτερο μισό της ημέρας είναι κατάλληλο για την επεξεργασία απλών και κατανοητών εργασιών.

Οι κιρκάδιοι ρυθμοί έχουν τεράστιο αντίκτυπο και σε όσους πάσχουν από κατάθλιψη ή διπολική διαταραχή. Τα άτομα με αυτά τα προβλήματα δεν κοιμούνται καλά και νιώθουν την επιθυμία να πίνουν όλη την ημέρα. Μερικοί ασθενείς με άνοια βιώνουν ένα ιδιαίτερο «φαινόμενο ηλιοβασίλεμα»: στο τέλος της ημέρας γίνονται επιθετικοί ή χάνονται στο χώρο και στο χρόνο.

«Οι κύκλοι ύπνου και δραστηριότητας είναι ένα κρίσιμο μέρος της ψυχικής ασθένειας», λέει η Huda Akil, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Ως εκ τούτου, οι νευροεπιστήμονες αγωνίζονται να καταλάβουν πώς λειτουργούν τα εσωτερικά μας ρολόγια και τι επίδραση έχουν στον εγκέφαλό μας. Αλλά οι ερευνητές δεν μπορούν απλώς να ανοίξουν το κρανίο και να παρακολουθήσουν τα κύτταρα να λειτουργούν όλο το εικοσιτετράωρο.

Πριν από αρκετά χρόνια, το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια δώρισε εγκεφάλους για έρευνα, οι οποίοι διατηρήθηκαν προσεκτικά μετά τον θάνατο των δωρητών. Μερικοί από αυτούς πέθαναν νωρίς το πρωί, άλλοι το απόγευμα ή τη νύχτα. Η Δρ Ακίλ και οι συνεργάτες της αποφάσισαν να μελετήσουν αν ένας εγκέφαλος είναι διαφορετικός από τον άλλο και αν η διαφορά εξαρτάται από τη στιγμή που πέθανε ο δότης.

«Ίσως η εικασία μας να σας φανεί απλή, αλλά για κάποιο λόγο κανείς δεν το σκέφτηκε πριν», λέει ο Δρ Akil.

Αυτή και οι συνάδελφοί της επέλεξαν δείγματα εγκεφάλου από 55 υγιείς ανθρώπους που πέθαναν σε ξαφνικό ατύχημα, όπως ένα τροχαίο. Από κάθε εγκέφαλο, οι ερευνητές πήραν δείγματα ιστού από εκείνους τους λοβούς που είναι υπεύθυνοι για τη μάθηση, τη μνήμη και το συναίσθημα.

Τη στιγμή του θανάτου του δότη, τα γονίδια στα εγκεφαλικά κύτταρα κωδικοποιούσαν ενεργά μια πρωτεΐνη. Χάρη στο γεγονός ότι ο εγκέφαλος διατηρήθηκε γρήγορα, οι επιστήμονες είναι σε θέση να αξιολογήσουν τη δραστηριότητα των γονιδίων τη στιγμή του θανάτου.

Τα περισσότερα από τα γονίδια που εξέτασαν οι ερευνητές δεν έδειξαν κανένα μοτίβο στην απόδοσή τους κατά τη διάρκεια της ημέρας. Ωστόσο, περισσότερα από 1.000 γονίδια δείχνουν έναν καθημερινό κύκλο δραστηριότητας. Οι εγκέφαλοι εκείνων των ανθρώπων που πέθαναν την ίδια ώρα της ημέρας παρουσίαζαν τα ίδια γονίδια στη δουλειά.

Τα μοτίβα δραστηριότητας ήταν σχεδόν πανομοιότυπα, τόσο πολύ που μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως χρονική σήμανση. Ήταν σχεδόν αναμφισβήτητο να προσδιοριστεί ποια στιγμή πέθανε ένα άτομο, χάρη στη μέτρηση της δραστηριότητας αυτών των γονιδίων.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές εξέτασαν τους εγκεφάλους εκείνων των δοτών που έπασχαν από κλινική κατάθλιψη. Εδώ η χρονική σήμανση δεν καταρρίφθηκε απλώς: φαινόταν ότι αυτοί οι ασθενείς ζούσαν είτε στη Γερμανία είτε στην Ιαπωνία, αλλά όχι στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Τα αποτελέσματα της εργασίας που έγινε δημοσιεύτηκαν το 2013. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ εμπνεύστηκαν από αυτά και προσπάθησαν να αναπαράγουν το πείραμα.

«Δεν θα μπορούσαμε να σκεφτούμε μια τέτοια μελέτη πριν», λέει η νευρολόγος Colleen McClung. Η Δρ McKlang και οι συνεργάτες της κατάφεραν να δοκιμάσουν 146 δείγματα εγκεφάλου από το πρόγραμμα δωρητών του πανεπιστημίου. Τα αποτελέσματα του πειράματος δημοσιεύτηκαν πολύ πρόσφατα.

Όμως η ομάδα του Δρ McClang κατάφερε όχι μόνο να επαναλάβει τα αποτελέσματα του προηγούμενου πειράματος, αλλά και να αποκτήσει νέα δεδομένα. Συνέκριναν μοτίβα γονιδιακής δραστηριότητας στον εγκέφαλο νέων και ηλικιωμένων και βρήκαν μια ενδιαφέρουσα διαφορά.

Οι επιστήμονες ήλπιζαν να βρουν μια απάντηση στο ερώτημα: γιατί οι κιρκάδιοι ρυθμοί των ανθρώπων αλλάζουν καθώς γερνούν; Εξάλλου, καθώς οι άνθρωποι μεγαλώνουν, η δραστηριότητα μειώνεται και οι ρυθμοί αλλάζουν. Ο Δρ McClang διαπίστωσε ότι ορισμένα από τα γονίδια που ήταν πιο ενεργά στους καθημερινούς κύκλους δεν χρησιμοποιούνται πλέον από την ηλικία των 60 ετών.

Είναι πιθανό ορισμένοι ηλικιωμένοι να σταματήσουν να παράγουν την πρωτεΐνη που απαιτείται για να διατηρήσουν τα εσωτερικά τους ρολόγια σε λειτουργία.

Επίσης, οι ερευνητές έμειναν έκπληκτοι όταν διαπίστωσαν ότι ορισμένα γονίδια περιλαμβάνονταν στην ενεργό καθημερινή εργασία μόνο σε μεγάλη ηλικία. «Φαίνεται ότι ο εγκέφαλος προσπαθεί να αντισταθμίσει το κλείσιμο ορισμένων γονιδίων με την εργασία άλλων ενεργοποιώντας το επιπλέον ρολόι», λέει ο Δρ ΜακΚλάνγκ. Ίσως η ικανότητα του εγκεφάλου να δημιουργεί εφεδρικούς κιρκάδιους ρυθμούς είναι μια άμυνα ενάντια στις νευροεκφυλιστικές ασθένειες.

Η μετάβαση σε ένα εφεδρικό εσωτερικό ρολόι μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τους γιατρούς για τη θεραπεία διαταραχών του κιρκάδιου ρυθμού. Οι ερευνητές πειραματίζονται τώρα με γονίδια ζώων και προσπαθούν να καταλάβουν πώς ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται τα γονίδια του εσωτερικού ρολογιού.

Με άλλα λόγια, οι επιστήμονες ακούν το «τικ» και θέλουν να καταλάβουν: τι προσπαθεί να μας πει ο εγκέφαλος;