У людей и других животных сигналы от центральных циркадных часов в мозге генерируют сезонные и суточные ритмы жизни. Они помогают организму подготовиться к ожидаемым изменениям в окружающей среде, а также оптимизировать время сна, приема пищи и выполнения других ежедневных дел.

Ученые из Университета Вашингтона в Сент-Луисе изучают особенности того, как наши внутренние биологические часы отслеживают время. Их новое исследование, опубликованное 24 июля в Трудах Национальной академии наук , помогает ответить на давние вопросы о том, как генерируются и поддерживаются циркадные ритмы.

У всех млекопитающих сигналы циркадных ритмов поступают из небольшой части мозга, называемой супрахиазматическим ядром, или SCN. Несколько предыдущих исследований из Вашингтонского университета и других учреждений пытались определить, играет ли нейротрансмиттер ГАМК роль в синхронизации циркадных ритмов среди отдельных нейронов SCN. Однако роль ГАМК в SCN оставалась неясной.

«В прошлом мы публиковали данные о фармакологической блокаде системы ГАМК и обнаружили лишь умеренное увеличение синхронности среди клеток СХЯ», — сказал Даниэль Гранадос-Фуэнтес, научный сотрудник в области искусств и наук и первый автор нового исследования.

Химические вмешательства, которые он и другие ученые применили, по-видимому, не повлияли на то, как сильно активизируются нейроны в СХЯ, и не повлияли на циркадную регуляцию фактического поведения у мышей.

Поэтому Гранадос-Фуэнтес и его коллеги использовали другой подход. Исследователи изменили экспрессию двух видов рецепторов ГАМК, чтобы выяснить, оказывает ли плотность рецепторов какое-либо влияние на синхронность или поведение.

«Настройка количества рецепторов считается важной для регулирования физиологических процессов, таких как обучение и память, но не циркадных ритмов», — сказал Гранадос-Фуэнтес. Но в этом случае изменение плотности рецепторов ГАМК γ2 или δ имело драматический эффект.

Уменьшение или мутация этих рецепторов в SCN мышей снизили амплитуду их циркадных ритмов на одну треть. Мыши в этом исследовании увеличили свой дневной бег в колесе и сократили свой обычный ночной бег.

Исследователи также обнаружили, что уменьшение или мутация рецепторов ГАМК γ2 или δ вдвое снижает синхронность и амплитуду циркадных клеток СХЯ, измеренную по частоте активации или экспрессии белка in vitro.

По словам Гранадос-Фуэнтеса , повышенная экспрессия одного из двух типов рецепторов ГАМК компенсировала потерю другого, что позволяет предположить, что эти два рецептора могут функционировать в СХЯ схожим образом, хотя было описано, что они опосредуют различные физиологические процессы .

Понимание циркадных ритмов важно, потому что люди могут страдать от множества негативных последствий, если эти ритмы нарушаются. Они могут испытывать дневную усталость, изменения в гормональном профиле, проблемы с желудочно-кишечным трактом, изменения настроения и многое другое.

«Эти результаты открывают возможность понять, важны ли изменения в плотности рецепторов ГАМК для регуляции сезонных реакций, например, как животные в природе реагируют на лето, когда дни длинные, или на зиму, когда дни короткие», — сказал Гранадос-Фуэнтес.