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
Literatura: - Koukkari W. L., Sothern R. B. Introducing Biological Rhythm. Springer 2006 - Refinetti R. Circadian Physiology. CRC Taylor & Francis 2006 - Dunlap J.C., Lordos J.J., DeCoursey P.J. (eds.) Chronobiology. Biological Timekeeping. Sinauer Associates 2004 - Cymborowski B. Zegary biologiczne. PWN Warszawa 1987 - Pierpaoli W., Regelson W., Colman C. Cud melatoniny. Amber 1995 - 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
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
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, 2006 4
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
18.01.2016 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
Oscylatory (zegary) podrzędne: wątroba, WAT, BAT nadnercza, śledziona GHT tarczyca nerki, itd. RHT Refinetti, 2006 Nowak i Zawilska, 1999 MELATONINA 7
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
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
Wewnątrzkomórkowe przekaźnictwo informacji z udziałem fosfoinozytoli receptory MT 2 MEL MT 2 (CREB) Robustness powtarzalność, stałość rytmu, podobieństwo cykli akrofaza mesor 10
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
Zakres tolerancji τ = 24 godz. + przyspieszenie (phase advance) = skrócenie okresu rytmu - opóźnienie (phase delay) = wydłużenie okresu rytmu A: PRC: +2 - -1; τ = 22 25 h B: PRC: +1 - -1; τ = 23 25 h C: PRC: +3 - -2; τ = 21 26 h D: PRC: +2 - -2; τ = 22 26 h E: PRC: +2.5 - -1; τ = 21.5 25 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
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
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
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
S W S aktywność Stadium I (5 %) Stadium II (60 %) Stadium III (15 %) Stadium IV Fale alfa i beta (8-12, 12-25 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 www.elboro.ac.uk Analiza widmowa EEG wyodrębnianie z sygnału jego poszczególnych składników hipnogram analiza widmowa Fale wolne Fale szybkie 0.1-4 Hz 4-8 Hz 8-12 Hz 12-15 Hz 16-25 Hz Fale: delta theta alfa beta 16
REM Hipoteza współzawodnictwa znaków Tuxbury & Salmon, 2005 17
Fotosynteza niebieskie (400-450 nm) i czerwone (625-700 nm) Fotoperiodyzm czerwone (625-760 nm) i podczerwone (760-850 nm) 18