Zaliczenie na ocenę: test z materiału prezentowanego na wykładach

Transkrypt

1 Wybrane slajdy z wykładów 2015/2016 Zaliczenie: 80% obecności na wykładach Zaliczenie na ocenę: test z materiału prezentowanego na wykładach Zaliczenie po ostatnim wykładzie 1

2 Literatura: - Koukkari W. L., Sothern R. B. Introducing Biological Rhythm. Springer Refinetti R. Circadian Physiology. CRC Taylor & Francis Dunlap J.C., Lordos J.J., DeCoursey P.J. (eds.) Chronobiology. Biological Timekeeping. Sinauer Associates Cymborowski B. Zegary biologiczne. PWN Warszawa Pierpaoli W., Regelson W., Colman C. Cud melatoniny. Amber Karasek M. Szyszynka i melatonina. PWN Warszawa Łódź 1997 Chronobiologia = czas + życie + nauka Rytm biologiczny okresowe natężenie procesów biologicznych i funkcji życiowych istot żywych uzależnione od czynników związanych z porą roku, obrotem Ziemi dookoła własnej osi oraz od czynników wewnątrzustrojowych. Słownik PWN 1999 Cykliczne nasilanie i zmniejszanie wszelkich przejawów aktywności życiowej organizmów roślinnych i zwierzęcych. Oscylacje procesów biologicznych zmieniających się w czasie. Powtarzalność przebiegu procesów życiowych. 2

3 Właściwości fizyczne rytmów Okres przedział czasu, po którym następuje powtórzenie się określonego stanu danego procesu (średnia ± 1SD z >5) Częstotliwość ilość cykli w czasie Amplituda stopień odchylenia danego procesu od stanu średniego = =Zakres oscylacji zakres między min i max Oscylacja zmiana natężenia przebiegu określonego procesu w czasie Faza rytmu odpowiedni stan oscylacji w czasie Refine%, 2006 Klasyfikacja rytmów I Rytmy okołodobowe/dobowe (circadialne) okres rytmu około 24 godzin (20-28h). Rytmy ultradialne okres rytmu krótszy niż 20 godzin np. oddychanie, praca serca, tętno Rytmy infradialne (długookresowe) okres rytmu dłuższy od 28 godzin 3

4 Klasyfikacja rytmów II Rytmy egzogenne (zewnątrzpochodne) rytmy sterowane przez czynniki zewnętrzne (warunki oświetlenia, temperatura otoczenia, wilgotność), ujawniające się w obecności rytmicznie zmieniających się bodźców środowiska Rytmy endogenne (wewnątrzpochodne) rytmy sterowane wewnętrznym zegarem biologicznym, powstające pod wpływem bodźców płynących z samego organizmu, istniejące nawet przy braku synchronizatora Refinetti,

5 Okołodobowy system synchronizujący Droga świetlna 1. Receptor - iprgcs 2. Drogi wejściowe RHT, GHT 3. Oscylator nadrzędny SCN 4. Drogi wyjściowe - układ nerwowy autonomiczny i somatyczny 5. Efektor szyszynka, narządy wewnętrzne, rytmy okołodobowe DROGA ŚWIETLNA Pręciki rodopsyna (rho) Czopki opsyna (opn1-3) Komórki zwojowe kryptochrom (cry1, cry2) melanopsyna (opsyna 4, opn4) Neuropsyna (opsyna 5, opn5) 5

6 Melanopsyna barwnik z rodziny opsyn występuje w niewielkiej liczbie światłoczułych komórek zwojowych siatkówki (iprgcs) iprgcs rozbudowane drzewo dendrytyczne pojawia się we wczesnym rozwoju osobniczym uczestniczy w pozawzrokowych odpowiedziach na światło (iprgcs intrinsically photoreceptive retinal ganglion cells) Neuropeptydy w SCN AVP VIP CAL GRP 90% neuronów SCN receptory GABA AVP wazopresyna argininowa cz. korowa CAL kalretynina VIP naczyniowoaktywny peptyd jelitowy cz. rdzenna GRP peptyd uwalniający gastrynę 6

7 Oscylatory (zegary) podrzędne: wątroba, WAT, BAT nadnercza, śledziona GHT tarczyca nerki, itd. RHT Refinetti, 2006 Nowak i Zawilska, 1999 MELATONINA 7

8 5HTP 5HT NAT (AANAT) NAS HIOMT Karasek, 1997 cz. fotoreceptorowa Komórki szyszynki = pinealocyty cz. wydzielnicza Pobudzenie szyszynki: Ryby, płazy, gady droga świetlna Ptaki droga świetlna + układ nerwowy współczulny Ssaki - układ nerwowy współczulny 8

9 Receptory melatoniny - MT 1 (Mel 1a ) i MT 2 (Mel 1b ) - receptory sprzężone z białkami G - MT 3 (Mel 1c ) reduktaza chinonowa 2 - receptory jądrowe RZR β (w tk. mózgowej) i RZR α (w tk. obwodowych) Występowanie u ssaków: MT 1 - SCN, naczynia serca, pars tuberalis, obszar przykomorowy wzgórza, różne inne miejsca mózgowia MT 2 - SCN, móżdżek, mózgowie, siatkówka, jajniki, nerki, naczynia serca MT 3 - wątroba, nerki, mózgowie, serce, BAT, płuca, jelita, jądra, mięśnie szkieletowe u chomika syryjskiego; melanofory żaby Wewnątrzkomórkowe przekaźnictwo informacji z udziałem cyklazy adenylanowej receptory MT 1 MEL MT 1 - CREB - camp response element- binding (CREB) 9

10 Wewnątrzkomórkowe przekaźnictwo informacji z udziałem fosfoinozytoli receptory MT 2 MEL MT 2 (CREB) Robustness powtarzalność, stałość rytmu, podobieństwo cykli akrofaza mesor 10

11 Kierunek dryfowania rytmu przyspieszenie fazy = okres < 24h opóźnienie fazy = okres > 24h PRC phase response curve krzywa wrażliwości rytmu na zaburzające działanie czynnika środowiska CT circadian time CT 0 = początek fazy jasnej: czas rozpoczęcia aktywności CT 0 zw.dzienne, CT 12 zw. nocne 11

12 Zakres tolerancji τ = 24 godz. + przyspieszenie (phase advance) = skrócenie okresu rytmu - opóźnienie (phase delay) = wydłużenie okresu rytmu A: PRC: ; τ = h B: PRC: ; τ = h C: PRC: ; τ = h D: PRC: ; τ = h E: PRC: ; τ = h PĘTLA ZEGAROWA Ponieważ: - światło nie ma wpływu na per mrna i PER - PER nie może łączyć się z DNA (wyłączać ekspresji per) - w PER występuje domena PAS (obszar niezbędny do dimeryzacji) wskazująca na możliwość interakcji z jakimś białkiem to: zegar biologiczny musi zawierać jeszcze inne białko niezbędne do jego funkcjonowania (łączenia z DNA) 12

13 6. Najwyższy poziom PER-TIM w jądrze hamowanie transkrypcji genów per i tim, mrna i dalszej syntezy PER-TIM 1.Fotodegradacja TIM, destabilizacja PER, odhamowanie transkrypcji 5. PER i TIM tworzą dimery i przechodzą do jądra, wzrost poziomu PER-TIM w jądrze hamowanie perrna i timrna świt CT zmierzch 4. Wysoka ilość perrna i timrna synteza PER- TIM 2. Wraz ze spadkiem ilości PER-TIM następuje transkrypcja perrna i timrna, które gromadzą się w cytoplazmie 3. Zwiększona ilość perrna i timrna nie jest jeszcze wystarczająca do syntezy odpowiedniej ilości białka PER i TIM nie mogą łączyć się z DNA E-box fragment w promotorowej części genów per i tim d Białka dclock (clk) i CYC (cycle) zawierają domenę bhlh- PAS i mogą łączyć się z per i tim (DNA). Stymulują transkrypcję genów per i tim. 13

14 CRY kryptochrom, CCC kompleks dclk-cyc (aktywacja ekspresji per i tim), VRI (VRILLE) - hamowanie ekspresji Clk 3 kinazy: DBT double time (fosforylacja PER) CK2 kinaza kazeinowa 2 (ułatwienie fosforylacji PER i TIM przez DBT i SGG) SGG SHAGGY (fosforylacja TIM) CCP ccg clock controlled genes, CCP clockcontroled proteins REV-ERBα hamowanie transkrypcji Bmal1 (aktywacja przez ROR) PER2 aktywacja transkrypcji Bmal1 BCC kompleks BMAL1-CLOCK (aktywacja transkrypcji genów) CK kinazy kazeinowe (fosforylacja PER=degradacja) PER-CRY-CK hamowanie aktywności BCC 14

15 2. Wzrost poziomu mrna dla Per, Cry, Rev-erbα wzrost syntezy białek 1. Wysoki poziom BMAL1 powstanie dimerów BMAL1- CLOCK (BCC) aktywacja transkrypcji Per, Cry, Reverbα świt CT zmierzch 3. Maksymalny poziom białek. REV-ERBα hamuje ekspresję Bmal1. Kompleks PER-CRY-CK1 hamuje aktywność BCC 4. Wskutek hamowania BCC spada poziom mrna dla Per, Cry, Reverbα (i odpowiednich białek) a rośnie poziom BMAL1 (aktywowane przez PER2) elementy dodatnie elementy ujemne elementy stabilizujące 15

16 S W S aktywność Stadium I (5 %) Stadium II (60 %) Stadium III (15 %) Stadium IV Fale alfa i beta (8-12, Hz) Fale theta (4-8 Hz) Wrzeciona snu (8-16 Hz) i zespoły K Fale delta (0.1-4 Hz) Fale delta REM (PS) (20-25 %) Fale theta i beta Analiza widmowa EEG wyodrębnianie z sygnału jego poszczególnych składników hipnogram analiza widmowa Fale wolne Fale szybkie Hz 4-8 Hz 8-12 Hz Hz Hz Fale: delta theta alfa beta 16

17 REM Hipoteza współzawodnictwa znaków Tuxbury & Salmon,

18 Fotosynteza niebieskie ( nm) i czerwone ( nm) Fotoperiodyzm czerwone ( nm) i podczerwone ( nm) 18