الساعة اليومية

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

الساعة اليومية ، أو المذبذب اليومي ، والمعروفة أيضًا باسم المنبه الداخلي، هي مذبذب كيميائي حيوي يدور في مرحلة مستقرة ويتزامن مع الوقت الشمسي .

إن الفترة التي تستغرقها هذه الساعة داخل الجسم الحي هي بالضرورة 24 ساعة تقريبًا ( اليوم الشمسي الحالي للأرض ). وفي معظم الكائنات الحية، تتيح الساعات اليومية المتزامنة داخليًا للكائن الحي توقع التغيرات البيئية اليومية التي تتوافق مع دورة الليل والنهار وضبط بيولوجيته وسلوكه وفقًا لذلك.

يشتق مصطلح الساعة البيولوجية من الكلمة اللاتينية circa (حوالي) dies (يوم)، وذلك لأنه عند فصلها عن الإشارات الخارجية (مثل الضوء البيئي)، فإنها لا تعمل لمدة 24 ساعة بالضبط. على سبيل المثال، يبلغ متوسط ​​الساعات لدى البشر في مختبر في ضوء منخفض مستمر حوالي 24.2 ساعة في اليوم، بدلاً من 24 ساعة بالضبط. [1]

تتذبذب الساعة البيولوجية الطبيعية خلال فترة داخلية مدتها 24 ساعة بالضبط، وتبدأ في التذبذب عندما تتلقى إشارات تصحيحية يومية كافية من البيئة، وخاصة ضوء النهار والظلام. الساعات البيولوجية هي الآليات المركزية التي تحرك الإيقاعات البيولوجية . وتتكون من ثلاثة مكونات رئيسية:

  • مذبذب كيميائي مركزي بفترة زمنية تبلغ حوالي 24 ساعة يحدد الوقت؛
  • سلسلة من مسارات الإدخال إلى هذا المذبذب المركزي للسماح بضبط الساعة؛
  • سلسلة من مسارات الإخراج المرتبطة بمراحل مميزة من المذبذب الذي ينظم الإيقاعات الظاهرة في الكيمياء الحيوية وعلم وظائف الأعضاء والسلوك في جميع أنحاء الكائن الحي.

يتم إعادة ضبط الساعة عندما يستشعر الكائن الحي إشارات الوقت البيئية التي يكون الضوء هو الإشارة الأساسية لها. توجد المذبذبات اليومية في كل مكان في أنسجة الجسم حيث تتم مزامنتها من خلال إشارات داخلية وخارجية لتنظيم النشاط النسخي طوال اليوم بطريقة خاصة بالأنسجة. [2] تتشابك الساعة اليومية مع معظم العمليات الأيضية الخلوية وتتأثر بشيخوخة الكائن الحي. [3] تم تعريف الآليات الجزيئية الأساسية للساعة البيولوجية في أنواع الفقاريات ، ذبابة الفاكهة ، والنباتات ، والفطريات ، والبكتيريا ، [4] [5] ومن المفترض أيضًا في العتائق . [6] [7] [8]

في عام 2017، مُنحت جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب إلى جيفري سي هول ومايكل روسباش ومايكل دبليو يونج "لاكتشافاتهم للآليات الجزيئية التي تتحكم في الإيقاع اليومي" في ذباب الفاكهة. [9]

تشريح الفقاريات

في الفقاريات، توجد الساعة اليومية الرئيسية داخل النواة فوق التصالب البصري (SCN)، وهي مجموعة عصبية ثنائية الجانب تضم حوالي 20000 خلية عصبية. [10] [11] تقع النواة فوق التصالب البصري نفسها في منطقة ما تحت المهاد ، وهي منطقة صغيرة من الدماغ تقع مباشرة فوق التصالب البصري ، حيث تتلقى مدخلات من الخلايا العقدية المتخصصة الحساسة للضوء في الشبكية عبر المسار الشبكي تحت المهاد .

تحافظ SCN على السيطرة في جميع أنحاء الجسم من خلال مزامنة "المذبذبات التابعة"، والتي تظهر إيقاعاتها الخاصة على مدار 24 ساعة تقريبًا وتتحكم في الظواهر اليومية في الأنسجة المحلية. [12] من خلال آليات الإشارة بين الخلايا مثل الببتيد المعوي النشط للأوعية الدموية ، ترسل SCN إشارات إلى نوى تحت المهاد الأخرى والغدة الصنوبرية لتعديل درجة حرارة الجسم وإنتاج هرمونات مثل الكورتيزول والميلاتونين ؛ تدخل هذه الهرمونات إلى الجهاز الدوري ، وتحفز تأثيرات مدفوعة بالساعة في جميع أنحاء الكائن الحي.

ولكن ليس من الواضح على وجه التحديد ما هي الإشارة (أو الإشارات) التي تتحكم في التزامن الأساسي مع العديد من الساعات الكيميائية الحيوية الموجودة في الأنسجة في مختلف أنحاء الجسم. راجع القسم "تنظيم المذبذبات اليومية" أدناه لمزيد من التفاصيل.

التحكم النسخي وغير النسخي

بدأ الدليل على وجود أساس وراثي للإيقاعات اليومية في حقيقيات النوى العليا باكتشاف موضع الفترة ( per ) في ذبابة الفاكهة من خلال الفحوصات الجينية الأمامية التي أكملها رون كونوبكا وسيمور بنزر في عام 1971. [13] ومن خلال تحليل الطفرات الخاصة بالتوقيت اليومي والطفرات الإضافية في جينات الساعة في ذبابة الفاكهة ، تم اقتراح نموذج يشمل حلقات التغذية الراجعة التنظيمية الذاتية الإيجابية والسلبية للنسخ والترجمة . تُعرَّف جينات "الساعة" اليومية الأساسية بأنها الجينات التي تكون منتجاتها البروتينية مكونات ضرورية لتوليد وتنظيم الإيقاعات اليومية. وقد تم اقتراح نماذج مماثلة في الثدييات والكائنات الحية الأخرى. [ 14] [15]

ومع ذلك، غيرت الدراسات التي أجريت على البكتيريا الزرقاء وجهة نظرنا بشأن آلية الساعة، حيث وجد كوندو وزملاؤه أن هذه الكائنات أحادية الخلية يمكنها الحفاظ على توقيت دقيق لمدة 24 ساعة في غياب النسخ، أي أنه لم يكن هناك متطلب لحلقة تغذية مرتدة تنظيمية ذاتية للنسخ والترجمة للإيقاعات. [16] وعلاوة على ذلك، أعيد بناء هذه الساعة في أنبوب اختبار (أي في غياب أي مكونات خلوية)، مما يثبت أنه يمكن تكوين ساعات دقيقة لمدة 24 ساعة دون الحاجة إلى دوائر تغذية مرتدة جينية. [17] ومع ذلك، كانت هذه الآلية قابلة للتطبيق فقط على البكتيريا الزرقاء وليس عامة.

في عام 2011، جاء تقدم كبير في الفهم من مختبر ريدي في جامعة كامبريدج . اكتشفت هذه المجموعة إيقاعات الساعة البيولوجية في بروتينات الأكسدة والاختزال ( بيروكسريدوكسين ) في الخلايا التي تفتقر إلى النواة - خلايا الدم الحمراء البشرية. [18] في هذه الخلايا، لم يكن هناك نسخ أو دوائر وراثية، وبالتالي لا توجد حلقة تغذية مرتدة. تم إجراء ملاحظات مماثلة في الطحالب البحرية [19] وبعد ذلك في خلايا الدم الحمراء للفأر. [20] والأهم من ذلك، أن تذبذبات الأكسدة والاختزال كما يتضح من إيقاعات بيروكسريدوكسين قد شوهدت الآن في ممالك بعيدة متعددة من الحياة (حقيقيات النوى والبكتيريا والعتائق)، والتي تغطي الشجرة التطورية. [6] [21] لذلك، تبدو ساعات الأكسدة والاختزال وكأنها ساعة الجد ، ودوائر التغذية الراجعة الجينية هي آليات الإخراج الرئيسية للتحكم في فسيولوجيا وسلوك الخلايا والأنسجة. [22] [23]

لذلك، يجب اعتبار نموذج الساعة نتاجًا للتفاعل بين الدوائر النسخية والعناصر غير النسخية مثل تذبذبات الأكسدة والاختزال ودورات فسفرة البروتين. [24] [25]

ساعات الثدييات

يُظهِر التثبيط الانتقائي للجينات للمكونات المعروفة للساعة البيولوجية البشرية أن كلًا من الآليات التعويضية النشطة والتكرار تُستخدم للحفاظ على وظيفة الساعة. [26] [27] [28] [29] تم تحديد وتوصيف العديد من جينات الساعة الثديية من خلال التجارب على الحيوانات التي تحمل طفرات خروج جينية طبيعية ومستحثة كيميائيًا ومستهدفة، والعديد من الأساليب الجينومية المقارنة. [26]

معظم مكونات الساعة التي تم تحديدها هي منشطات أو قمعات نسخية تعمل على تعديل استقرار البروتين والانتقال النووي وإنشاء حلقتين متشابكتين من ردود الفعل . [30] في حلقة التغذية الراجعة الأولية، تتغاير ثنائيات غير متماثلة من عائلة عوامل النسخ الأساسية الحلزونية الحلزونية (bHLH)-PAS (Period-Arnt-Single-minded)، CLOCK و BMAL1 ، في السيتوبلازم لتكوين مركب يبدأ، بعد الانتقال إلى النواة ، نسخ الجينات المستهدفة مثل جينات الساعة الأساسية "الفترة" ( PER1 و PER2 و PER3 ) وجيني كريبتوكروم ( CRY1 و CRY2 ). يتم تحقيق التغذية الراجعة السلبية بواسطة ثنائيات غير متماثلة من PER:CRY تنتقل مرة أخرى إلى النواة لقمع نسخها عن طريق تثبيط نشاط مجمعات CLOCK:BMAL1. [5] يتم تحريض حلقة تنظيمية أخرى عندما تقوم ثنائيات CLOCK:BMAL1 المتغايرة بتنشيط نسخ Rev-ErbA وRora، وهما مستقبلان نوويان يتيمان مرتبطان بحمض الريتينويك. يتنافس REV-ERBa وRORa لاحقًا على الارتباط بعناصر استجابة المستقبل اليتيم المرتبط بالريتينويد | عناصر استجابة المستقبل اليتيم المرتبط بحمض الريتينويك (ROREs) الموجودة في مُحفِّز Bmal1. ومن خلال الارتباط اللاحق لعناصر ROREs، تتمكن عناصر ROR وREV-ERB من تنظيم Bmal1 . وبينما تنشط عناصر ROR نسخ Bmal1 ، تقوم عناصر REV-ERB بقمع نفس عملية النسخ. وبالتالي، يتم تنظيم التذبذب اليومي لـ Bmal1 بشكل إيجابي وسلبي بواسطة عناصر ROR وREV-ERB. [30]

ساعات الحشرات

في D. melanogaster ، تكون دورة الجين (CYC) هي نظيرة لـ BMAL1 في الثدييات. وبالتالي، تعمل ثنائيات CLOCK–CYC على تنشيط نسخ الجينات اليومية. الجين الخالد (TIM) هو نظير لـ CRYs الثديية كمثبط؛ يعمل CRY في D. melanogaster كمستقبل للضوء بدلاً من ذلك. في الذباب، يرتبط CLK–CYC بمحفزات الجينات المنظمة بالساعة البيولوجية فقط في وقت النسخ. توجد أيضًا حلقة تثبيت حيث يثبط الجين vrille (VRI) بينما ينشط بروتين مجال PAR-1 (PDP1) نسخ Clock. [31]

الساعات الفطرية

في الفطر الخيطي N. crassa ، آلية الساعة مماثلة، ولكنها غير متماثلة، مع تلك الموجودة في الثدييات والذباب. [32]

ساعات النبات

تحتوي الساعة اليومية في النباتات على مكونات مختلفة تمامًا عن تلك الموجودة في الساعات الحيوانية أو الفطرية أو البكتيرية. تتمتع ساعة النبات بتشابه مفاهيمي مع ساعة الحيوان من حيث أنها تتكون من سلسلة من حلقات التغذية الراجعة النسخية المتشابكة . تُظهر الجينات المشاركة في الساعة ذروة تعبيرها في وقت ثابت من اليوم. كانت الجينات الأولى التي تم تحديدها في ساعة النبات هي TOC1 و CCA1 و LHY . يحدث ذروة التعبير عن الجينات CCA1 وLHY عند الفجر، ويحدث ذروة التعبير عن جين TOC1 تقريبًا عند الغسق. تعمل بروتينات CCA1 / LHY وTOC1 على قمع التعبير عن جينات بعضها البعض. والنتيجة هي أنه عندما تبدأ مستويات بروتين CCA1 / LHY في الانخفاض بعد الفجر، فإنها تطلق القمع على جين TOC1، مما يسمح بزيادة تعبير TOC1 ومستويات بروتين TOC1. ومع زيادة مستويات بروتين TOC1، فإنها تعمل على قمع التعبير عن جيني CCA1 وLHY بشكل أكبر. يحدث عكس هذا التسلسل بين عشية وضحاها لإعادة تأسيس ذروة التعبير عن جينات CCA1 وLHY عند الفجر. هناك المزيد من التعقيد المدمج في الساعة، مع حلقات متعددة تشمل جينات PRR، والمجمع المسائي وبروتينات GIGANTIA وZEITLUPE الحساسة للضوء.

الساعات البكتيرية

في الإيقاعات اليومية للبكتيريا ، تم إعادة تكوين تذبذبات فسفرة بروتين Kai C للبكتيريا الزرقاء في نظام خالٍ من الخلايا ( ساعة في المختبر ) عن طريق حضانة KaiC مع KaiA و KaiB و ATP . [17]

التعديل بعد النسخ

لفترة طويلة، كان يُعتقد أن دورات التنشيط/القمع النسخي التي تحركها المنظمات النسخية التي تشكل الساعة البيولوجية هي القوة الدافعة الرئيسية للتعبير الجيني اليومي في الثدييات. ومع ذلك، فقد ورد مؤخرًا أن 22% فقط من جينات دورة الرنا المرسال مدفوعة بالنسخ الجديد. [33] تم الإبلاغ لاحقًا عن آليات ما بعد النسخ على مستوى الرنا والتي تحرك التعبير الإيقاعي للبروتين، مثل ديناميكيات تعدد الأدينيلات في الرنا المرسال. [34]

حدد فوستين [ من؟ ] وزملاؤه مثيلة الأدينوزينات الداخلية (m 6 A) داخل mRNA (ولا سيما نُسخ الساعة نفسها) كمنظم رئيسي للفترة اليومية. أدى تثبيط مثيلة m 6 A عن طريق التثبيط الدوائي للمثيلات الخلوية أو بشكل أكثر تحديدًا عن طريق إسكات ميثيلاز m 6 A Mettl3 بوساطة siRNA إلى إطالة الفترة اليومية بشكل كبير. في المقابل، أدى الإفراط في التعبير عن Mettl3 في المختبر إلى فترة أقصر. أظهرت هذه الملاحظات بوضوح أهمية التنظيم بعد النسخ على مستوى RNA للساعة اليومية، وأثبتت في الوقت نفسه الدور الفسيولوجي لميثيلاز RNA (m 6 A). [35]

التعديل بعد الترجمة

تستغرق حلقات التغذية الراجعة التنظيمية الذاتية في الساعات حوالي 24 ساعة لإكمال دورة وتكوين ساعة جزيئية يومية. يخضع هذا الجيل من الساعة الجزيئية التي تبلغ مدتها حوالي 24 ساعة للتعديلات التي تلي الترجمة مثل الفسفرة ، والسومويليشن ، وأستلة الهيستون والمثيلة ، والأوبيكويتين . [31] تنظم الفسفرة العكسية عمليات مهمة مثل الدخول النووي، وتكوين مجمعات البروتين وتحلل البروتين . تساهم كل من هذه العمليات بشكل كبير في الحفاظ على الفترة عند حوالي 24 ساعة وتضفي دقة على الساعة اليومية من خلال التأثير على استقرار بروتينات الساعة الأساسية المذكورة أعلاه. وبالتالي، بينما يولد التنظيم النسخي مستويات RNA إيقاعية، تتحكم التعديلات المنظمة بعد الترجمة في وفرة البروتين، والتوطين الخلوي، ونشاط القمع لـ PER وCRY. [30]

تشمل البروتينات المسؤولة عن التعديل بعد الترجمة لجينات الساعة أفراد عائلة كيناز الكازين ( كيناز الكازين 1 دلتا (CSNK1D) وكازين كيناز 1 إبسيلون (CSNK1E) وبروتين التكرار الغني بالليوسين F-box 3 (FBXL3). [31] في الثدييات، يعد CSNK1E وCSNK1D من العوامل الحاسمة التي تنظم معدل دوران البروتين اليومي الأساسي. [30] يؤدي التلاعب التجريبي بأي من هذين البروتينين إلى تأثيرات دراماتيكية على الفترات اليومية، مثل أنشطة الكيناز المتغيرة والتسبب في فترات يومية أقصر، ويوضح كذلك أهمية التنظيم بعد الترجمة داخل الآلية الأساسية للساعة اليومية. [30] أصبحت هذه الطفرات ذات أهمية خاصة لدى البشر لأنها متورطة في اضطراب طور النوم المتقدم . [31] كما تم اقتراح تعديل صغير لبروتين التعديل المرتبط باليوبيكويتين لـ BMAL1 كمستوى آخر من التعديل بعد الترجمة التنظيم. [30]

تنظيم المذبذبات اليومية

المذبذبات اليومية هي ببساطة مذبذبات ذات فترة زمنية تقارب 24 ساعة. استجابةً لمحفز الضوء، يتوافق الجسم مع نظام وشبكة من المسارات التي تعمل معًا لتحديد الليل والنهار البيولوجيين. تمتد الشبكات التنظيمية المشاركة في الحفاظ على دقة الساعة على مدى مجموعة من آليات التنظيم بعد الترجمة. يمكن تنظيم المذبذبات اليومية عن طريق الفسفرة ، والسومويليشن، والأوبيكويتين ، وأستلة الهيستون وإزالة الأسيتيل ، وهو التعديل التساهمي لذيل الهيستون الذي يتحكم في مستوى هياكل الكروماتين مما يجعل التعبير عن الجين أكثر سهولة. تضيف ميثلة بنية البروتين مجموعة ميثيل وتنظم وظيفة البروتين أو التعبير الجيني وفي ميثلة الهيستون يتم قمع التعبير الجيني أو تنشيطه عن طريق تغيير تسلسل الحمض النووي. تمر الهستونات بعملية الأسيتلة والمثيلة والفسفرة، ولكن التغيرات البنيوية والكيميائية الرئيسية تحدث عندما تضيف إنزيمات أسيتيل ترانسفيراز الهيستون (HAT) وإزالة أسيتيل الهيستون (HDAC) مجموعات الأسيتيل من الهيستون مما يتسبب في تغيير كبير في التعبير عن الحمض النووي. من خلال تغيير التعبير عن الحمض النووي، تنظم أسيتلة الهيستون والمثيلة كيفية عمل المذبذب اليومي. قدم فوستين وزملاؤه طبقة جديدة من التعقيد لتنظيم المذبذب اليومي في الثدييات من خلال إظهار أن مثيلة الحمض النووي الريبي ضرورية للتصدير الفعال لـ mRNA الناضج خارج النواة: تسبب تثبيط مثيلة الحمض النووي الريبي في الاحتفاظ النووي بنسخ جين الساعة، مما أدى إلى فترة يومية أطول. [35]

إن إحدى السمات الرئيسية للساعات هي قدرتها على المزامنة مع المنبهات الخارجية. إن وجود مذبذبات مستقلة عن الخلايا في كل خلية تقريبًا في الجسم يثير التساؤل حول كيفية تنسيق هذه المذبذبات زمنيًا. لقد أسفر البحث عن إشارات توقيت عالمية للساعات الطرفية في الثدييات عن إشارات رئيسية للتوافق مثل التغذية ودرجة الحرارة والأكسجين. وقد تبين أن كل من إيقاعات التغذية ودورات درجة الحرارة تعمل على مزامنة الساعات الطرفية وحتى فصلها عن الساعة الرئيسية في الدماغ (على سبيل المثال، التغذية المقيدة أثناء النهار). كما وجد أن إيقاعات الأكسجين تعمل على مزامنة الساعات في الخلايا المزروعة. [36]

مناهج علم الأحياء النظمي لتوضيح الآليات المتذبذبة

لقد حددت الأساليب التجريبية الحديثة باستخدام علم الأحياء الأنظمة العديد من المكونات الجديدة في الساعات البيولوجية والتي تشير إلى وجهة نظر تكاملية حول كيفية الحفاظ على التذبذب اليومي للكائنات الحية. [27] [28]

في الآونة الأخيرة، طور باجز وآخرون استراتيجية جديدة أطلقوا عليها "تحليل شبكة جرعات الجينات" (GDNA) لوصف سمات الشبكة في الساعة البيولوجية البشرية التي تساهم في قوة الكائن الحي ضد الاضطرابات الجينية. [28] في دراستهم، استخدم المؤلفون الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNA) لإحداث تغييرات تعتمد على الجرعة في التعبير الجيني لمكونات الساعة داخل خلايا ساركوما العظام البشرية الخالدة U2OS من أجل بناء شبكات ارتباط الجينات المتسقة مع القيود الكيميائية الحيوية المعروفة في الساعة البيولوجية الثديية. أدى استخدام جرعات متعددة من الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير إلى تشغيل تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي الخاص بهم للكشف عن العديد من سمات الشبكة للساعة البيولوجية، بما في ذلك الاستجابات النسبية للتعبير الجيني، وانتشار الإشارة من خلال الوحدات المتفاعلة، والتعويض من خلال تغييرات التعبير الجيني.

أظهرت الاستجابات المتناسبة في التعبير الجيني في اتجاه مجرى النهر بعد الاضطراب الناجم عن siRNA مستويات التعبير التي تم تغييرها بشكل نشط فيما يتعلق بالجين الذي تم إسكاته. على سبيل المثال، عندما تم إسكاته Bmal1 بطريقة تعتمد على الجرعة، فقد تبين أن مستويات mRNA لـ Rev-ErbA alpha و Rev-ErbA beta تنخفض بطريقة خطية ومتناسبة. وقد دعم هذا النتائج السابقة التي تفيد بأن Bmal1 ينشط جينات Rev-erb بشكل مباشر ويشير كذلك إلى أن Bmal1 هو مساهم قوي في التعبير عن Rev-erb.

بالإضافة إلى ذلك، قدمت طريقة GDNA إطارًا لدراسة آليات التتابع البيولوجية في الشبكات اليومية التي من خلالها تتواصل الوحدات مع التغيرات في التعبير الجيني. [28] لاحظ المؤلفون انتشار الإشارة من خلال التفاعلات بين المنشطات والقمعات، واكتشفوا تعويضًا متماثلًا أحادي الاتجاه بين العديد من قمعات جينات الساعة - على سبيل المثال، عندما يتم استنفاد PER1 ، يحدث زيادة في Rev-erbs، مما ينشر بدوره إشارة لتقليل التعبير في BMAL1 ، هدف قمعات Rev-erb.

من خلال فحص إسكات العديد من مثبطات النسخ، كشف GDNA أيضًا عن تعويض متماثل حيث تم تنظيم الجينات المتماثلة بشكل تصاعدي من خلال آلية نشطة يتم من خلالها استبدال وظيفة الجين بعد الإسكات بطريقة غير زائدة عن الحاجة - أي أن مكونًا واحدًا يكفي للحفاظ على الوظيفة. اقترحت هذه النتائج أيضًا أن شبكة الساعة تستخدم آليات تعويضية نشطة بدلاً من التكرار البسيط لإضفاء المتانة والحفاظ على الوظيفة. في الأساس، اقترح المؤلفون أن ميزات الشبكة المرصودة تعمل في انسجام كنظام تخزين وراثي للحفاظ على وظيفة الساعة في مواجهة الاضطرابات الجينية والبيئية. [28] باتباع هذا المنطق، قد نستخدم علم الجينوم لاستكشاف ميزات الشبكة في المذبذب اليومي.

كما استخدمت دراسة أخرى أجراها Zhang et al. فحصًا صغيرًا للتداخل مع الحمض النووي الريبي على مستوى الجينوم في سلالة خلايا U2OS لتحديد جينات ومعدلات الساعة الإضافية باستخدام التعبير عن جين المراسل لوسيفيراز. [27] أدى إسقاط ما يقرب من 1000 جين إلى تقليل سعة الإيقاع. وجد المؤلفون وأكدوا مئات التأثيرات القوية على طول الفترة أو زيادة السعة في الفحوصات الثانوية. أظهر توصيف مجموعة فرعية من هذه الجينات تأثيرًا يعتمد على الجرعة على وظيفة المذبذب . أظهر تحليل شبكة تفاعل البروتين أن العشرات من منتجات الجينات كانت مرتبطة بشكل مباشر أو غير مباشر بمكونات الساعة المعروفة. كشف تحليل المسار أن هذه الجينات ممثلة بشكل زائد لمكونات مسار إشارات الأنسولين والقنفذ ودورة الخلية واستقلاب حمض الفوليك. إلى جانب البيانات التي توضح أن العديد من هذه المسارات منظمة بالساعة، افترض Zhang et al. أن الساعة مترابطة مع العديد من جوانب الوظيفة الخلوية.

قد يربط نهج علم الأحياء النظمي الإيقاعات اليومية بالظواهر الخلوية التي لم تكن تعتبر في الأصل منظمات للتذبذب اليومي. على سبيل المثال، قامت ورشة عمل عام 2014 [37] في المعهد الوطني للقلب والرئة والدم بتقييم النتائج الجينية اليومية الأحدث وناقشت الواجهة بين الساعة البيولوجية والعديد من العمليات الخلوية المختلفة.

التباين في الساعات اليومية

في حين تم العثور على ساعة يومية دقيقة مدتها 24 ساعة في العديد من الكائنات الحية، إلا أنها ليست عالمية. لا تشهد الكائنات الحية التي تعيش في القطب الشمالي أو القطب الجنوبي المرتفع الوقت الشمسي في جميع الفصول، على الرغم من الاعتقاد بأن معظمها تحافظ على إيقاع يومي قريب من 24 ساعة، مثل الدببة أثناء السبات. [38] يوجد جزء كبير من الكتلة الحيوية للأرض في الغلاف الحيوي المظلم، وبينما قد تظهر هذه الكائنات الحية فسيولوجيا إيقاعية، فمن غير المرجح أن يكون الإيقاع السائد لهذه الكائنات هو الساعة البيولوجية. [39] بالنسبة للكائنات الحية المهاجرة من الشرق إلى الغرب - وخاصة تلك الكائنات الحية التي تدور حول العالم - قد تنحرف مرحلة 24 ساعة المطلقة على مدار الأشهر أو المواسم أو السنوات.

تظهر بعض العناكب ساعات يومية طويلة أو قصيرة بشكل غير عادي. على سبيل المثال، تمتلك بعض العناكب النساجية الكروية ساعات يومية مدتها 18.5 ساعة، لكنها لا تزال قادرة على التكيف مع دورة مدتها 24 ساعة. قد يساعد هذا التكيف العناكب على تجنب الحيوانات المفترسة من خلال السماح لها بأن تكون أكثر نشاطًا قبل شروق الشمس. [40] ساعات الأرامل السوداء غير منتظمة، ربما بسبب تفضيلها للبيئات المظلمة. [41]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ Cromie W (1999-07-15). "الساعة البيولوجية البشرية تتأخر ساعة واحدة". Harvard Gazette . تم الاسترجاع في 2015-07-29 .
  2. ^ Ueda HR، Hayashi S، Chen W، Sano M، Machida M، Shigeyoshi Y، وآخرون (فبراير 2005). "تحديد الدوائر النسخية التي تشكل أساس الساعات البيولوجية للثدييات على مستوى النظام". Nature Genetics . 37 (2): 187–192. doi :10.1038/ng1504. PMID  15665827. S2CID  18112337.
  3. ^ Tevy MF, Giebultowicz J, Pincus Z, Mazzoccoli G, Vinciguerra M (مايو 2013). "مسارات إشارات الشيخوخة والاضطرابات الأيضية المعتمدة على الساعة البيولوجية". Trends in Endocrinology and Metabolism . 24 (5): 229–237. doi :10.1016/j.tem.2012.12.002. PMC 3624052. PMID  23299029 . 
  4. ^ Harmer SL, Panda S, Kay SA (2001). "الأسس الجزيئية للإيقاعات اليومية". المراجعة السنوية لعلم الأحياء الخلوية والتنموية . 17 : 215–253. doi :10.1146/annurev.cellbio.17.1.215. PMID  11687489.
  5. ^ ab Lowrey PL, Takahashi JS (2004). "علم الأحياء اليومي للثدييات: توضيح مستويات التنظيم الزمني على مستوى الجينوم". المراجعة السنوية لعلم الجينوم وعلم الوراثة البشرية . 5 : 407–441. doi :10.1146/annurev.genom.5.061903.175925. PMC 3770722. PMID  15485355 . 
  6. ^ ab Edgar RS, Green EW, Zhao Y, van Ooijen G, Olmedo M, Qin X, et al. (مايو 2012). "البيروكسيدوكسينات هي علامات محفوظة للإيقاعات اليومية". Nature . 485 (7399): 459–464. Bibcode : 2012Natur.485..459E . doi :10.1038/nature11088. PMC 3398137. PMID  22622569. 
  7. ^ Dvornyk V, Vinogradova O, Nevo E (مارس 2003). "أصل وتطور جينات الساعة البيولوجية في بدائيات النوى". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 100 (5): 2495-2500. Bibcode : 2003PNAS..100.2495D . doi : 10.1073/pnas.0130099100 . PMC 151369. PMID  12604787. 
  8. ^ Whitehead K, Pan M, Masumura K, Bonneau R, Baliga NS (2009). "السلوك التوقعي المصاحب يوميًا في العتائق". PLOS ONE . 4 (5): e5485. Bibcode :2009PLoSO...4.5485W. doi : 10.1371 /journal.pone.0005485 . PMC 2675056. PMID  19424498. 
  9. ^ "جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب 2017". www.nobelprize.org . تم الاسترجاع في 2017-10-06 .
  10. ^ Fahey J (2009-10-15). "كيف يخبرك دماغك بالوقت". فوربس .
  11. ^ Gumz ML (2016). Gumz ML (محرر). Circadian Clocks: Role in Health and Disease (طبعة واحدة). Springer, New York, NY. ص. 10. doi :10.1007/978-1-4939-3450-8. ISBN 978-1-4939-3450-8. S2CID  44366126.
  12. ^ Bernard S, Gonze D, Cajavec B, Herzel H, Kramer A (أبريل 2007). "الإيقاع الناتج عن المزامنة للمذبذبات اليومية في النواة فوق التصالبية". PLOS Computational Biology . 3 (4): e68. Bibcode : 2007PLSCB ...3...68B. doi : 10.1371/journal.pcbi.0030068 . PMC 1851983. PMID  17432930.  
  13. ^ كونوبكا آر جيه، بنزر إس (سبتمبر 1971). "طفرات الساعة في ذبابة الفاكهة". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 68 (9): 2112-2116. رمز Bibcode :1971PNAS...68.2112K. doi : 10.1073/pnas.68.9.2112 . PMC 389363. PMID  5002428 . 
  14. ^ Bargiello TA, Jackson FR, Young MW (1984). "استعادة الإيقاعات السلوكية اليومية عن طريق نقل الجينات في ذبابة الفاكهة". Nature . 312 (5996): 752–754. Bibcode :1984Natur.312..752B. doi :10.1038/312752a0. PMID  6440029. S2CID  4259316.
  15. ^ Shearman LP, Sriram S, Weaver DR, Maywood ES, Chaves I, Zheng B, et al. (مايو 2000). "الحلقات الجزيئية المتفاعلة في الساعة البيولوجية للثدييات". مجلة العلوم . 288 (5468): 1013–1019. رمز Bibcode :2000Sci...288.1013S. doi :10.1126/science.288.5468.1013. PMID  10807566.
  16. ^ Tomita J, Nakajima M, Kondo T, Iwasaki H (يناير 2005). "لا توجد تغذية راجعة للنسخ والترجمة في الإيقاع اليومي لفسفرة KaiC". Science . 307 (5707): 251–254. Bibcode :2005Sci...307..251T. doi : 10.1126/science.1102540 . PMID  15550625. S2CID  9447128.
  17. ^ أب ناكاجيما م، إيماي ك، إيتو إتش، نيشيواكي تي، موراياما واي، إيواساكي إتش، وآخرون. (أبريل 2005). "إعادة تكوين التذبذب اليومي لفسفرة KaiC البكتيرية الزرقاء في المختبر" (PDF) . علوم . 308 (5720): 414-415. بيب كود :2005Sci...308..414N. دوى :10.1126/science.1108451. PMID  15831759. S2CID  24833877. مؤرشفة من الأصلي (PDF) بتاريخ 2019-02-25.
  18. ^ O'Neill JS, Reddy AB (يناير 2011). "الساعات اليومية في خلايا الدم الحمراء البشرية". مجلة نيتشر . 469 (7331): 498–503. رمز Bibcode :2011Natur.469..498O. doi :10.1038/nature09702. PMC 3040566. PMID  21270888 . 
  19. ^ O'Neill JS, van Ooijen G, Dixon LE, Troein C, Corellou F, Bouget FY, et al. (يناير 2011). "Circadian rhythms persist without transcription in a eukaryote". Nature . 469 (7331): 554–558. Bibcode :2011Natur.469..554O. doi :10.1038/nature09654. PMC 3040569. PMID  21270895 . 
  20. ^ Cho CS, Yoon HJ, Kim JY, Woo HA, Rhee SG (أغسطس 2014). "الإيقاع اليومي للبيروكسيدوكسين II المفرط الأكسدة يتم تحديده من خلال الأكسدة الذاتية للهيموجلوبين والبروتوزوم 20S في خلايا الدم الحمراء". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 111 (33): 12043–12048. Bibcode :2014PNAS..11112043C. doi : 10.1073/pnas.1401100111 . PMC 4142998. PMID  25092340 . 
  21. ^ Olmedo M, O'Neill JS, Edgar RS, Valekunja UK, Reddy AB, Merrow M (ديسمبر 2012). "التنظيم اليومي للشم وعلامة غير نسخية محفوظة تطوريًا في Caenorhabditis elegans". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 109 (50): 20479–20484. Bibcode :2012PNAS..10920479O. doi : 10.1073/pnas.1211705109 . PMC 3528576. PMID  23185015 . 
  22. ^ ماكنزي د. "بدأت الساعة البيولوجية تدق منذ 2.5 مليار سنة". مجلة نيو ساينتست .
  23. ^ Loudon AS (يوليو 2012). "علم الأحياء اليومي: ساعة عمرها 2.5 مليار سنة". علم الأحياء الحالي . 22 (14): R570–R571. doi : 10.1016/j.cub.2012.06.023 . PMID  22835791.
  24. ^ Reddy AB, Rey G (2014). "الساعات البيولوجية الأيضية وغير النسخية: حقيقيات النوى". المراجعة السنوية للكيمياء الحيوية . 83 : 165–189. doi :10.1146/annurev-biochem-060713-035623. PMC 4768355. PMID  24606143 . 
  25. ^ Qin X, Byrne M, Xu Y, Mori T, Johnson CH (يونيو 2010). "ربط جهاز تنظيم ضربات القلب الأساسي بعد الترجمة بحلقة تغذية مرتدة للنسخ/الترجمة في نظام الساعة البيولوجية". PLOS Biology . 8 (6): e1000394. doi : 10.1371/journal.pbio.1000394 . PMC 2885980. PMID  20563306 . 
  26. ^ ab Walton ZE, Altman BJ, Brooks RC, Dang CV (4 مارس 2018). "ارتباطات الساعة البيولوجية بالسرطان". المراجعة السنوية لعلم الأحياء السرطانية . 2 (1): 133-153. doi : 10.1146/annurev-cancerbio-030617-050216 . ISSN  2472-3428. S2CID  91120424.
  27. ^ abc Zhang EE, Liu AC, Hirota T, Miraglia LJ, Welch G, Pongsawakul PY, et al. (أكتوبر 2009). "فحص RNAi على مستوى الجينوم للكشف عن معدِّلات الساعة البيولوجية في الخلايا البشرية". Cell . 139 (1): 199–210. doi :10.1016/j.cell.2009.08.031. PMC 2777987. PMID  19765810 . 
  28. ^ abcde Baggs JE, Price TS, DiTacchio L, Panda S, Fitzgerald GA, Hogenesch JB (مارس 2009). Schibler U (محرر). "Network features of the mammalian circadian clock". PLOS Biology . 7 (3): e52. doi : 10.1371/journal.pbio.1000052 . PMC 2653556. PMID  19278294 . 
  29. ^ Brancaccio M, Edwards MD, Patton AP, Smyllie NJ, Chesham JE, Maywood ES, Hastings MH (يناير 2019). "ساعة الخلايا النجمية المستقلة تدفع السلوك اليومي لدى الثدييات". Science . 363 ( 6423): 187–192. Bibcode :2019Sci...363..187B. doi :10.1126/science.aat4104. PMC 6440650. PMID  30630934. 
  30. ^ abcdef Ko CH, Takahashi JS (أكتوبر 2006). "المكونات الجزيئية للساعة البيولوجية الثديية". علم الوراثة الجزيئي البشري . 15 (المواصفات رقم 2): R271–R277. doi : 10.1093/hmg/ddl207 . PMC 3762864. PMID  16987893 . 
  31. ^ abcd Gallego M, Virshup DM (فبراير 2007). "التعديلات بعد الترجمة تنظم دقات الساعة البيولوجية". مراجعات الطبيعة. علم الأحياء الخلوي الجزيئي . 8 (2): 139-148. doi :10.1038/nrm2106. PMID  17245414. S2CID  27163437.
  32. ^ برونر م، شافماير ت (مايو 2006). "التنظيم النسخي وما بعد النسخي للساعة اليومية للسيانوبكتيريا والنيوروسبورا". الجينات والتنمية . 20 (9): 1061-1074. doi : 10.1101/gad.1410406 . PMID  16651653.
  33. ^ Koike N, Yoo SH, Huang HC, Kumar V, Lee C, Kim TK, Takahashi JS (أكتوبر 2012). "البنية النسخية ومشهد الكروماتين للساعة البيولوجية الأساسية في الثدييات". مجلة العلوم . 338 (6105): 349–354. رمز Bibcode :2012Sci...338..349K. doi :10.1126/science.1226339. PMC 3694775. PMID  22936566 . 
  34. ^ Kojima S, Sher-Chen EL, Green CB (ديسمبر 2012). "التحكم اليومي في ديناميكيات تعدد الأدينيلات في mRNA ينظم التعبير الإيقاعي للبروتين". Genes & Development . 26 (24): 2724–2736. doi :10.1101/gad.208306.112. PMC 3533077. PMID  23249735 . 
  35. ^ ab Fustin JM, Doi M, Yamaguchi Y, Hida H, Nishimura S, Yoshida M, et al. (نوفمبر 2013). "معالجة الحمض النووي الريبي المعتمدة على ميثيل الحمض النووي الريبي تتحكم في سرعة الساعة اليومية". Cell . 155 (4): 793–806. doi : 10.1016/j.cell.2013.10.026 . PMID  24209618.
  36. ^ Adamovich Y, Ladeuix B, Golik M, Koeners MP, Asher G (يناير 2017). "مستويات الأكسجين الإيقاعية تعيد ضبط الساعات اليومية من خلال HIF1α". Cell Metabolism . 25 (1): 93–101. doi : 10.1016/j.cmet.2016.09.014 . hdl : 1983/20e8b99f-eb56-4acb-8502-40749c482813 . PMID  27773695.
  37. ^ "ورشة عمل المعهد الوطني للقلب والرئة والدم: "الساعة اليومية عند واجهة صحة الرئة والمرض" 28-29 أبريل 2014، الملخص التنفيذي". المعهد الوطني للقلب والرئة والدم. سبتمبر 2014. مؤرشف من الأصل في 4 أكتوبر 2014. تم الاسترجاع في 20 سبتمبر 2014 .
  38. ^ Jansen HT, Leise T, Stenhouse G, Pigeon K, Kasworm W, Teisberg J, et al. (2016). "الساعة البيولوجية للدب لا "تنام" أثناء الخمول الشتوي". Frontiers in Zoology . 13 : 42. doi : 10.1186/s12983-016-0173-x . PMC 5026772. PMID  27660641 . 
  39. ^ Beale AD, Whitmore D, Moran D (ديسمبر 2016). "الحياة في محيط حيوي مظلم: مراجعة لعلم وظائف الأعضاء اليومية في البيئات "غير المنتظمة". مجلة علم وظائف الأعضاء المقارن ب: علم وظائف الأعضاء البيوكيميائي والجهازي والبيئي . 186 (8): 947-968. doi :10.1007/s00360-016-1000-6. PMC 5090016. PMID  27263116 . 
  40. ^ سميث دي جي (21 نوفمبر 2017). "تعرف على العناكب التي تتحدى تمامًا ما نعرفه باسم اضطراب الرحلات الجوية الطويلة". مجلة ساينتفك أمريكان . تم الاسترجاع في 21 نوفمبر 2017 .
  41. ^ Guarino B (14 نوفمبر 2017). "'إنه أمر مجنون': هذه الحيوانات لديها أسرع ساعات يومية موجودة في الطبيعة". واشنطن بوست . تم الاسترجاع في 21 نوفمبر 2017 .
  • البحث على الشاشة اليومية
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ساعة_اليوم_الساعة&oldid=1227031677"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate