Fødsels lyscyklus påvirker dramatisk babyens biologiske ure


Fødsels lyscyklus påvirker dramatisk babyens biologiske ure

Sæsonen, hvor babyer fødes, kan have en dramatisk og vedvarende virkning på, hvordan deres biologiske ure virker.

Det er konklusionen af ​​en ny undersøgelse offentliggjort online i tidsskriftet Natur Neurovidenskab . Eksperimentet giver de første beviser for sæsonbetonede prægninger af biologiske ure i pattedyr og blev udført af professor i biologiske videnskab Douglas McMahon, kandidatstuderende Chris Ciarleglio, postdoktor Karen Gamble og to bachelorstuderende på Vanderbilt University.

Den prægende effekt, som blev fundet hos babymus, kan medvirke til at forklare, at personer født i vintermånederne har en højere risiko for en række neurologiske lidelser, herunder sæsonbetinget affektiv lidelse (vinterdepression), bipolar depression og skizofreni.

"Vores biologiske ure måler dags længden og ændrer vores adfærd efter årstiderne. Vi var nysgerrige at se, om lyssignaler kunne forme udviklingen af ​​det biologiske ur," sagde McMahon.

I eksperimentet blev grupper af musepupper rejst fra fødslen til fravænning i kunstige vinter- eller sommerlyscykluser. Efter afvænning blev de opretholdt i enten den samme cyklus eller den modsatte cyklus i 28 dage. Når de var modne, blev musene anbragt i konstant mørke, og deres aktivitetsmønstre blev observeret.

De vinterfødte mus viste en konsekvent afmatning af deres daglige aktivitetsperiode, uanset om de var blevet opretholdt i en vinterlyscyklus eller var blevet skiftet til sommercyklus efter fravænning. Når forskerne undersøgte mesterbiologiske klokker i musens hjerner, ved at bruge et gen, der gør urcellerne bløde grønt, når de er aktive, fandt de et lignende mønster: Bremsning af genklokkerne i vinterfødte mus sammenlignet med dem, der blev født på sommertid cyklus.

"Hvad der især er slående om vores resultater er, at imprintingen påvirker både dyrets adfærd og cyklussen af ​​neuronerne i det mesterlige biologiske ur i deres hjerner," siger Ciarleglio.

Desuden viste deres eksperimenter, at imprintingen af ​​clockgenaktivitet nær fødslen havde dramatiske effekter på reaktionen af ​​det biologiske ur til ændringer i sæsonen senere i livet. De sommerfødte muss biologiske ure og opførsel forbliver stabile og tilpasset tidspunktet for skumring, mens de vinterfødte mus varierede meget, da de blev placeret i en sommerlyscyklus.

"Musene opvokset i vintercyklussen viser et overdrevet svar på en ændring i sæsonen, der er påfaldende ligner den hos mennesker, der lider af sæsonbetinget affektiv lidelse," udtalte McMahon.

Præcis, når prægningen sker i løbet af den tre-ugers periode, der fører til fravænning, og om virkningen er midlertidig eller permanent, er spørgsmål, som forskerne har til hensigt at tage fat på i fremtidige eksperimenter.

Sæsonbestemt og personlighed

Den nye undersøgelse rejser en spændende men yderst spekulativ mulighed: Sæsonbetingede variationer i dag / natcyklus, som individer oplever, når hjernen udvikler sig, kan påvirke deres personlighed.

"Vi ved, at det biologiske ur regulerer humør. Hvis en prægningsmekanisme svarende til den, vi fandt hos mus, virker hos mennesker, kan den ikke kun have effekt på en række adfærdsmæssige lidelser, men også have en mere generel effekt På personlighed ", sagde McMahon.

"Det er vigtigt at understrege det, selv om det lyder lidt som astrologi, er det ikke: det er sæsonbiologi!" McMahon tilføjede.

Mus i denne undersøgelse blev rejst på kunstige sæsonmæssige lyscykler i laboratoriet, og undersøgelsen blev gentaget på forskellige tidspunkter af året. Hos mennesker har undersøgelser foretaget i de nordlige og sydlige halvkugler bekræftet, at det er vinterens sæson - ikke fødselsmåneden - der fører til øget risiko for skizofreni. Der er mange mulige sæsonbetonede signaler, der kan påvirke hjernens udvikling, herunder udsættelse for influenzavirus. Denne undersøgelse viser, at sæsonmæssige lyscykler kan påvirke udviklingen af ​​en specifik hjernefunktion.

"Vi ved fra tidligere undersøgelser, at lys kan påvirke udviklingen af ​​andre dele af hjernen, for eksempel det visuelle system. Vores arbejde viser, at det også gælder for det biologiske ur," siger Ciarleglio.

Baggrund

Forsøget blev udført med en særlig stamme af genetisk manipulerede mus, at det tog McMahon to år at udvikle sig. Musene har et ekstra gen indsat i deres genom, der producerer et naturligt fluorescerende grønt protein, der får de biologiske urneuroner i deres hjerner til at lyse grønt, når de er aktive. Dette gør det muligt for forskerne at overvåge aktiviteten af ​​det mesterbiologiske ur, som ligger midt i hjernen bag øjnene i et lille område kaldet den suprachiasmatiske kerne (SCN).

Til undersøgelsen tog forskerne tre grupper på seks til otte nyfødte hvalpe og placerede dem (og deres mødre) i miljøer med kontrollerede dag / natcykler. En gruppe blev placeret i en "sommer" cyklus med 16 timers lys og otte timers mørk; En anden gruppe blev placeret i en "vinter" cyklus med otte timers lys og 16 timers mørk; Og en tredje gruppe blev anbragt i en equinox cyklus med 12 timers lys og 12 timers mørke. De blev opbevaret i disse omgivelser i tre uger, indtil de blev fravænnet.

"Når de er født, er hjernerne hos mus mindre udviklede end hos en menneskelig baby. Som følge heraf bliver deres hjerner stadig ledningsfri i denne periode," sagde McMahon.

Når de blev fravænnet, blev halvdelen af ​​de sommerfødte mus holdt på sommercyklussen, og halvdelen blev skiftet til vintercyklussen i de følgende 28 dage, da de blev modnet. De vinterfødte mus fik samme behandling. Equinox-fødte mus blev opdelt i tre grupper og sat i sommer, vinter og equinox cykler.

Efter at musene blev modnet, blev de anbragt i et miljø med kontinuerligt mørke. Dette eliminerede dag / nat cues, der normalt nulstiller biologiske ure og tillod forskerne at bestemme deres biologiske urets egentlige cyklusser.

Forskerne fandt en væsentlig forskel mellem de sommerfødte og vinterfødte grupper.

De sommerfødte mus optrådte det samme, om de havde været holdt på sommercyklussen eller skiftet til vintercyklen. De begyndte at køre på skumringen (som bestemt af deres tidligere dag / natcyklus), fortsatte i ti timer og derefter hvile i 14 timer.

De vinterfødte muss adfærd var meget anderledes. De, der var blevet holdt på vinterlyscyklusen gennem modning, viste stort set det samme mønster som deres sommerfætre: De blev aktive på skumringen og fortsatte i 10 timer før hvile. Men de, der var blevet skiftet til en sommercyklus, forblev aktive i en halv og en halv time.

Da de så på, hvad der skete i hjernerne i de forskellige grupper, fandt de et påfaldende lignende mønster.

I de sommerfødte mus toppede neuronernes aktivitet i SCN ved skumringen og fortsatte i 10 timer. Når de vinterfødte mus blev modnet i vintercyklen, spiste deres neuronale aktivitet en time efter skumringen og fortsatte i 10 timer. Men i de vinterfødte mus, der skiftede til en sommercyklus, toppede bioklokkeaktiviteten to timer før skumringen og fortsatte i 12 timer.

Da de så på equinox-gruppen, fandt forskerne variationer, der faldt midt imellem sommer- og vintergrupperne. De, der blev udsat for en sommerkreds, da de modnede, havde biologiske ure, der toppede en time før skumringstidspunktet, og de biologiske ure af dem, der blev udsat for en vintercyklus, nåede en halv time efter skumringen. I begge tilfælde var varigheden af ​​SCN-aktivitet 11 timer.

Deres analyse viste, at disse variationer skyldes ændringer i de enkelte neurons aktivitetsmønstre, snarere end på netværksniveaueffekter.

"Det er helt slående, hvor tæt neuronformet bølgeform og periode er i takt med deres adfærd," sagde McMahon.

Bemærkninger:

Ciarleglio afsluttede sin kandidatuddannelse og er nu assisterende direktør for Vanderbilt Brain Institute. Undergraduate bidragsydere til studiet var John Axley og Benjamin Strauss, som har bestået og gået på kandidatskole og lægeskole. Karen Gamble, den medvirkende postdoktorale kollega, er nu en fakultetmedlem i psykiatriafdelingen ved University of Alabama Birmingham.

Forskningen blev finansieret af tilskud fra National Institutes of Health og blev gennemført i samarbejde med Silvio O. Conte Neuroscience Research Center i Vanderbilt.

Kilde: Vanderbilt University

Thorium. (Video Medicinsk Og Professionel 2024).

Afsnit Spørgsmål På Medicin: Psykiatri