Geneettinen mekanismi: kuinka sisäiset kellomme toimivat

2024 Kirjoittaja: Malcolm Clapton | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 03:55

Kaikki ovat kuulleet sisäisestä kellosta, mutta harvat tietävät kuinka ne toimivat. Kaksi yhdysvaltalaista tiedemiesryhmää on tehnyt laajamittaisia tutkimuksia ymmärtääkseen, kuinka kellomme toimivat ja mikä niiden vaikutus kehoon on.

Koko päivän kuuntelemme kehossamme kellon tikitystä. Tämä herättää meidät aamulla ja saa meidät tuntemaan olomme uneliaaksi öisin. Se nostaa ja laskee kehon lämpötilaa oikeaan aikaan, säätelee insuliinin ja muiden hormonien tuotantoa.

Kehon sisäistä kelloa, juuri sitä tikitystä, jonka tunnemme, kutsutaan myös vuorokausirytmeiksi.

Nämä rytmit vaikuttavat jopa ajatuksiimme ja tunteisiimme. Psykologit tutkivat niiden vaikutuksia ihmisen aivoihin pakottamalla vapaaehtoisia tekemään kognitiivisia testejä eri vuorokaudenaikoina.

Kävi ilmi, että aamu on parasta aikaa suorittaa tehtäviä, jotka vaativat aivojen moniajoa. Jos sinun täytyy pitää mielessäsi useita kerroksia tietoa kerralla ja käsitellä nämä tiedot nopeasti, sinun tulee aloittaa työskentely päivän alussa. Mutta päivän toinen puolisko sopii hyvin yksinkertaisten ja ymmärrettävien tehtävien käsittelyyn.

Vuorokausirytmeillä on valtava vaikutus myös masennuksesta tai kaksisuuntaisesta mielialahäiriöstä kärsiviin. Näistä ongelmista kärsivät ihmiset eivät nuku hyvin ja tuntevat tarvetta juoda koko päivän. Jotkut dementiapotilaat kokevat erityisen "auringonlaskun vaikutuksen": päivän päätteeksi heistä tulee aggressiivisia tai kadonneet tilassa ja ajassa.

"Uni- ja aktiivisuussyklit ovat kriittinen osa mielisairautta", sanoo Huda Akil, Michiganin yliopiston neurotieteilijä. Siksi neurotieteilijät kamppailevat ymmärtääkseen, kuinka sisäiset kellomme toimivat ja mikä vaikutus niillä on aivoihimme. Mutta tutkijat eivät voi vain avata kalloa ja katsella solujen toimintaa ympäri vuorokauden.

Useita vuosia sitten Kalifornian yliopisto lahjoitti tutkimukseen aivot, jotka säilytettiin huolellisesti luovuttajien kuoleman jälkeen. Jotkut heistä kuolivat aikaisin aamulla, toiset iltapäivällä tai yöllä. Tohtori Akil ja hänen kollegansa päättivät tutkia, eroavatko aivot toisista ja riippuuko ero luovuttajan kuoleman hetkestä.

"Ehkä arvauksemme näyttää yksinkertaiselta, mutta jostain syystä kukaan ei ajatellut sitä aiemmin", sanoo tohtori Akil.

Hän ja hänen kollegansa valitsivat aivonäytteitä 55 terveeltä ihmiseltä, jotka kuolivat äkillisissä onnettomuuksissa, kuten auto-onnettomuudessa. Jokaisesta aivosta tutkijat ottivat kudosnäytteitä niistä lohkoista, jotka ovat vastuussa oppimisesta, muistista ja tunteista.

Luovuttajan kuoleman aikaan aivosolujen geenit koodasivat aktiivisesti proteiinia. Sen tosiasian ansiosta, että aivot säilyivät nopeasti, tutkijat pystyvät arvioimaan geenien aktiivisuutta kuoleman hetkellä.

Suurin osa tutkijoiden testaamista geeneistä ei osoittanut mitään kaavaa suorituskyvyssään koko päivän ajan. Kuitenkin yli 1000 geeniä osoittaa päivittäisen aktiivisuussyklin. Samaan aikaan vuorokaudesta kuolleiden ihmisten aivoissa oli samat geenit työssään.

Toimintamallit olivat lähes identtiset, niin paljon, että niitä voitiin käyttää aikaleimana. Näiden geenien aktiivisuuden mittaamisen ansiosta oli lähes erehtymätöntä määrittää, milloin ihminen kuoli.

Sitten tutkijat testasivat kliinisestä masennuksesta kärsineiden luovuttajien aivoja. Tässä aikaleimaa ei vain pudonnut: näytti siltä, että nämä potilaat asuivat joko Saksassa tai Japanissa, mutta eivät Yhdysvalloissa.

Tehdyn työn tulokset julkaistiin vuonna 2013. Pittsburghin yliopiston tutkijat inspiroituivat niistä ja yrittivät toistaa kokeen.

"Emme olisi voineet ajatella tällaista tutkimusta aiemmin", sanoo neurologi Colleen McClung. Tri McKlang ja hänen kollegansa pystyivät testaamaan 146 aivonäytettä yliopiston luovuttajaohjelmasta. Kokeen tulokset julkaistiin melko hiljattain.

Mutta tohtori McClangin tiimi ei pystynyt ainoastaan toistamaan edellisen kokeen tuloksia, vaan myös saamaan uusia tietoja. He vertasivat geenitoiminnan malleja nuorten ja vanhojen ihmisten aivoissa ja löysivät kiehtovan eron.

Tutkijat toivoivat löytävänsä vastauksen kysymykseen: miksi ihmisten vuorokausirytmit muuttuvat ikääntyessään? Kun ihmiset vanhenevat, aktiivisuus vähenee ja rytmi muuttuu. Tohtori McClang havaitsi, että jotkin päivittäisissä sykleissä aktiivisimmista geeneistä eivät olleet enää käytössä 60-vuotiaana.

On mahdollista, että jotkut vanhemmat ihmiset lopettavat proteiinin tuotannon, jota tarvitaan pitämään sisäiset kellonsa käynnissä.

Tutkijat olivat myös yllättyneitä huomatessaan, että osa geeneistä sisältyi aktiiviseen päivittäiseen työhön vasta vanhuudessa. "Näyttää siltä, että aivot yrittävät kompensoida joidenkin geenien sammumista muiden työllä aktivoimalla ylimääräistä kelloa", sanoo tohtori McClang. Ehkä aivojen kyky luoda varavuorokausirytmejä on puolustus neurodegeneratiivisia sairauksia vastaan.

Lääkärit voivat käyttää vuorokausirytmihäiriöiden hoitoon siirtymistä varakelloon. Tutkijat kokeilevat nyt eläingeenejä ja yrittävät ymmärtää, kuinka sisäisen kellon geenit aktivoituvat ja sammutetaan.

Toisin sanoen tiedemiehet kuuntelevat "tikitystä" ja haluavat ymmärtää: mitä aivot yrittävät kertoa meille?