Sirkadiyen osilatör veya dahili alarm saati olarak da adlandırılan sirkadiyen saat, sabit bir fazı koruyan ve güneş zamanıyla senkronize olan biyokimyasal bir osilatör olarak işlev görür.
Böyle bir saatin in vivo periyodu, Dünya'nın güneş gününe göre hizalanarak doğası gereği yaklaşık 24 saattir. Canlı organizmaların çoğunda, bu dahili olarak senkronize edilmiş sirkadiyen saatler, gündüz-gece döngüsüyle ilişkili günlük çevresel değişimlerin tahmin edilmesini sağlar ve uygun biyolojik ve davranışsal adaptasyonları kolaylaştırır.
Sirkadiyen teriminin etimolojisi, Latince circa (yaklaşık) ve dies (gün) kelimelerinden kaynaklanır ve bu dahili saatlerin kesin bir kesinlik sağlamadığını yansıtır. Ortam ışığı gibi dış etkenlerin yokluğunda 24 saatlik döngü. Örneğin, laboratuvar koşullarında sürekli düşük ışık altında incelenen insan sirkadiyen saatleri, tipik olarak yaklaşık 24,2 saatlik ortalama bir süre sergiler; bu, kesin 24 saatlik süreden sapmaktadır.
Normal vücut saatinin endojen periyodu tam olarak 24 saattir; ancak yeterli günlük düzeltici çevresel sinyallere, özellikle de gün ışığına ve karanlığa maruz kaldığında sürüklenir. Sirkadiyen saatler, sirkadiyen ritimleri yönlendiren temel mekanizmalar olarak görev yapar ve üç ana bileşenden oluşur:
- Yaklaşık 24 saatlik bir süre boyunca zamanı koruyan merkezi bir biyokimyasal osilatör.
- Bu merkezi osilatöre yönlendirilen ve saatin sürüklenmesini kolaylaştıran bir dizi giriş yolu.
- Bir organizmanın biyokimyası, fizyolojisi ve davranışındaki belirgin ritimleri yöneten, osilatörün belirli aşamalarıyla bağlantılı çıktı yollarının bir koleksiyonu.
Bir organizma çevresel zaman işaretlerini algıladığında sirkadiyen saat sıfırlanır; birincil sinyal ışıktır. Sirkadiyen osilatörler vücut dokularında yaygındır; burada günlük döngü boyunca transkripsiyonel aktiviteyi dokuya özgü bir şekilde modüle etmek için hem endojen hem de harici sinyallerle senkronize edilirler. Sirkadiyen saat, hücresel metabolik süreçlerin çoğuyla karmaşık bir şekilde bağlantılıdır ve organizmanın yaşlanmasından etkilenir. Biyolojik saatin temel moleküler mekanizmaları omurgalılar, Drosophila melanogaster, bitkiler, mantarlar, bakteriler de dahil olmak üzere çeşitli türlerde açıklanmıştır ve Archaea'da da var olduğu tahmin edilmektedir.
2017 yılında Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash ve Michael W. Young, biyolojik mekanizmayı yöneten moleküler mekanizmalarla ilgili çığır açan keşiflerinden dolayı Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'ne layık görüldü. meyve sineklerinde sirkadiyen ritim.
Omurgalı Anatomisi
Omurgalılarda temel sirkadiyen saat, yaklaşık 20.000 nöron içeren iki taraflı bir nöron kümesi olan suprakiazmatik çekirdekte (SCN) bulunur. SCN, anatomik olarak, optik kiazmanın üzerinde yer alan küçücük bir beyin bölgesi olan hipotalamusta konumlandırılmıştır ve buradan, retinohipotalamik yol yoluyla retinadaki özel ışığa duyarlı ganglion hücrelerinden afferent girdi alır.
SCN, kendi yaklaşık 24 saatlik ritimlerini gösteren ve yerel dokuya özgü sirkadiyeni düzenleyen periferik "bağımlı osilatörleri" senkronize ederek sistemik kontrol uygular. fenomen. Vazoaktif bağırsak peptidi de dahil olmak üzere hücreler arası sinyal mekanizmalarını kullanan SCN, diğer hipotalamik çekirdekler ve epifiz bezi ile iletişim kurarak çekirdek vücut ısısını ve kortizol ve melatonin gibi hormonların sentezini modüle eder. Bu hormonlar daha sonra dolaşım sistemine girerek tüm organizmada saatin yönlendirdiği etkileri ortaya çıkarır.
Ancak, vücut dokularına dağılmış çok sayıda biyokimyasal saatin birincil sürüklenmesinden sorumlu olan kesin sinyal veya sinyaller tanımlanmamıştır.
Transkripsiyonel ve Transkripsiyonel Olmayan Kontrol
Daha yüksek ökaryotlarda sirkadiyen ritimlerin genetik temeli, ilk olarak 1971'de Ron Konopka ve Seymour Benzer tarafından gerçekleştirilen ileri genetik taramalar sonucunda Drosophila melanogaster'de periyot (per) lokusunun tanımlanmasıyla kanıtlandı. Günlük başına mutantların daha sonraki analizi ve Drosophila saat genlerindeki diğer mutasyonlar, transkripsiyon ve çevirinin pozitif ve negatif otodüzenleyici geri bildirim döngülerini içeren bir model önerisi. Çekirdek sirkadiyen 'saat' genleri, protein ürünleri sirkadiyen ritimlerin oluşumu ve düzenlenmesi için gerekli olan genler olarak tanımlanır. Memeliler ve diğer organizmalar için de benzer modeller öne sürülmüştür.
Sirkadiyen saat mekanizmalarına ilişkin anlayış, siyanobakteriler üzerinde yapılan araştırmalarla önemli ölçüde değişti. Kondo ve meslektaşları, bu tek hücreli organizmaların, transkripsiyon olmadan bile 24 saatlik kesin zamanlamayı sürdürebildiğini gösterdi; bu, bir transkripsiyon-translasyon otodüzenleyici geri bildirim döngüsünün ritim üretimi için gerekli olmadığını gösterdi. Dahası, bu saat herhangi bir hücresel bileşen olmaksızın *in vitro* başarıyla yeniden oluşturuldu ve böylece doğru 24 saatlik saatlerin genetik geri bildirim devrelerinden bağımsız olarak çalışabildiği doğrulandı. Bununla birlikte, bu özel mekanizmanın siyanobakterilere özgü olduğu ve evrensel olarak uygulanamadığı görüldü.
2011 yılında sirkadiyen ritim araştırmalarında Cambridge Üniversitesi'ndeki Reddy laboratuvarından kaynaklanan önemli bir ilerleme kaydedildi. Bu ekip, insan kırmızı kan hücreleri gibi çekirdeksiz hücrelerdeki redoks proteinlerinde, özellikle peroksiredoksinlerde sirkadiyen ritimleri belirledi. Bu hücreler doğası gereği transkripsiyon ve genetik devrelerden yoksundur, bu da bir geri bildirim döngüsünün varlığını engeller. Daha sonra deniz yosunu ve fare kırmızı kan hücrelerinde de benzer bulgular rapor edildi. En önemlisi, peroksiredoksin kaynaklı redoks salınımlarının artık ökaryotlar, bakteriler ve arkeler de dahil olmak üzere evrim ağacının geniş bir yelpazesini kapsayan çeşitli yaşam krallıklarında gözlemlenmesidir. Sonuç olarak, redoks saatleri, hücresel ve doku fizyolojisini ve davranışını düzenleyen birincil çıktı yolları olarak görev yapan genetik geri bildirim devreleri ile temel büyükbaba saat mekanizması olarak öne sürülüyor.
Sonuç olarak, sirkadiyen saatin çağdaş modeli, transkripsiyonel devreler ile redoks salınımları ve protein fosforilasyon döngüleri de dahil olmak üzere transkripsiyonel olmayan bileşenler arasındaki etkileşimden kaynaklanan ortaya çıkan bir özellik olarak kavramsallaştırılmalıdır.
Memeli Sirkadiyen Saatleri
İnsan sirkadiyen saatinin yerleşik bileşenlerini hedef alan seçici gen yıkım deneyleri, saat işlevselliğini korumak için hem aktif telafi edici mekanizmaların hem de yedekliliğin kullanıldığını ortaya koyuyor. Çeşitli karşılaştırmalı genomik metodolojilerin yanı sıra, doğal olarak oluşan, kimyasal olarak tetiklenen veya hedeflenen nakavt mutasyonlara sahip hayvanları içeren çalışmalar yoluyla çok sayıda memeli saat geni tanımlanmış ve karakterize edilmiştir.
Tanımlanan saat bileşenlerinin çoğu, transkripsiyonel aktivatörler veya baskılayıcılar olarak işlev görür, protein stabilitesini ve nükleer translokasyonu etkiler, böylece birbirine bağlı iki geri bildirim döngüsü oluşturur. Birincil geri bildirim döngüsü içinde, temel sarmal-döngü-sarmal (bHLH)-PAS (Period-Arnt-Tek fikirli) transkripsiyon faktörü ailesinin üyeleri olan CLOCK ve BMAL1, sitoplazmada heterodimerize olur. Bu kompleks daha sonra çekirdeğe yer değiştirerek çekirdek saat 'dönem' genleri (PER1, PER2 ve PER3) ve iki kriptokrom geni (CRY1 ve CRY2) dahil olmak üzere hedef genlerin transkripsiyonunu başlatır. Negatif geri bildirime, CLOCK:BMAL1 komplekslerinin aktivitesini baskılayarak kendi transkripsiyonlarını engellemek için çekirdeğe yeniden giren PER:CRY heterodimerleri aracılık eder. CLOCK:BMAL1 heterodimerleri, her ikisi de retinoik asitle ilişkili yetim nükleer reseptörler olan Rev-ErbA ve Rora'nın transkripsiyonunu uyardığında ikincil bir düzenleyici döngü etkinleştirilir. Daha sonra REV-ERBa ve RORa, Bmal1 promoteri içinde yer alan retinoik asitle ilişkili yetim reseptör yanıt elemanlarına (RORE'ler) bağlanmak için rekabet eder. ROR ve REV-ERB proteinleri, RORE'lara bağlanmaları yoluyla Bmal1'i düzenler. Spesifik olarak, ROR'lar Bmal1'in transkripsiyonunu etkinleştirirken REV-ERB'ler aynı transkripsiyonel süreci baskılar. Sonuç olarak, Bmal1'in sirkadiyen salınımı, ROR'lar ve REV-ERB'ler tarafından hem pozitif hem de negatif düzenlemeye tabidir.
Böceklerin Sirkadiyen Saatleri
D'de. melanogaster, *cycle* (CYC) geni, memeli BMAL1'in ortologu olarak görev yapar. Sonuç olarak CLOCK-CYC dimerleri sirkadiyen genlerin transkripsiyonunu aktive eder. *zamansız* (TIM) geni, memeli CRY'lerinin ortologudur ve bir inhibitör görevi görür; ancak D. melanogaster CRY öncelikle bir fotoreseptör olarak işlev görür. *Drosophila*'da CLK-CYC kompleksleri, yalnızca transkripsiyonel faz sırasında sirkadiyen tarafından düzenlenen genlerin destekleyicilerine bağlanır. Ek olarak, stabilize edici bir geri bildirim döngüsü, *Clock* transkripsiyonunu inhibe eden *vrille* (VRI) genini içerirken PAR-alan proteini-1 (PDP1) onu etkinleştirir.
Mantar Sirkadiyen Saatleri
İpliksi mantar N'deki sirkadiyen saat mekanizması. crassa, memelilerde ve sineklerde bulunanlara benzer ancak ortolog değildir.
Bitki Sirkadiyen Saatleri
Bitkiler, hayvan, mantar veya bakteri sistemlerinde bulunanlardan farklı bileşenlere sahip bir sirkadiyen saate sahiptir. Ancak kavramsal olarak bitki saati, hayvan saatiyle yapısal bir benzerliğe sahiptir; her ikisi de bir dizi birbirine kenetlenen transkripsiyonel geri bildirim döngüsüyle karakterize edilir. Bu saate entegre olan genler, belirli günlük aşamalarda en yüksek ifadeyi sergiler. Bitki saati genlerinin ilk tanımlamaları TOC1, CCA1 ve LHY'yi içeriyordu. CCA1 ve LHY genleri şafak vakti zirveye ulaşırken, TOC1 gen ekspresyonu akşam karanlığında zirveye ulaşır. CCA1/LHY ve TOC1 proteinleri karşılıklı olarak birbirlerinin gen ekspresyonunu baskılar. Sonuç olarak, CCA1/LHY protein konsantrasyonları şafaktan sonra düştükçe, TOC1 genindeki baskı hafifleyerek TOC1 ekspresyonunda ve protein seviyelerinde artışa yol açar. TOC1 protein seviyelerindeki müteakip artış, CCA1 ve LHY genlerinin ekspresyonunu daha da bastırır. Bu dizi gece boyunca tersine döner ve CCA1 ve LHY gen ifadesinin şafak vakti zirve noktasının yeniden oluşturulmasını kolaylaştırır. Saatin karmaşık mimarisi, PRR genlerini, Akşam Kompleksini ve ışığa duyarlı GIGANTIA ve ZEITLUPE proteinlerini içeren çoklu düzenleyici döngüleri içeren ek karmaşıklığı bir araya getirir.
Bakteriyel Sirkadiyen Saatler
Bakteriyel sirkadiyen ritimler dahilinde, siyanobakteriyel KaiC proteininin fosforilasyon salınımları, KaiC'nin KaiA, KaiB ve ATP ile inkübasyonu yoluyla in vitro bir saat oluşturarak hücresiz bir sistemde başarıyla yeniden oluşturuldu.
Transkripsiyon Sonrası Değişiklikler
Tarihsel olarak, sirkadiyen saati oluşturan transkripsiyonel düzenleyiciler tarafından düzenlenen transkripsiyonel aktivasyon ve baskı döngüleri, memelilerde sirkadiyen gen ekspresyonunun birincil itici güçleri olarak kabul ediliyordu. Ancak daha yeni bulgular, döngüsel haberci RNA genlerinin yalnızca %22'sinin de novo transkripsiyon tarafından düzenlendiğini göstermektedir. Daha sonra, mRNA poliadenilasyon dinamikleri gibi RNA düzeyindeki transkripsiyon sonrası mekanizmaların, ritmik protein ekspresyonuna katkıda bulunanlar olduğu belirlendi.
Fustin ve meslektaşları, sirkadiyen dönemin kritik bir belirleyicisi olarak, özellikle saat transkriptlerinde haberci RNA içindeki dahili adenozinlerin (m6A) metilasyonunu belirlediler. Hücresel metilasyon süreçlerinin farmakolojik baskılanması yoluyla veya özellikle m6A metilaz Mettl3'ün siRNA aracılı susturulması yoluyla elde edilen m6A metilasyonunun inhibisyonu, sirkadiyen periyodun önemli ölçüde uzamasıyla sonuçlandı. Tersine, Mettl3'ün in vitro aşırı ifadesi, kısalmış bir süre ile ilişkilidir. Bu bulgular, sirkadiyen saatte RNA düzeyindeki transkripsiyon sonrası düzenlemenin önemini kesin bir şekilde vurguluyor ve aynı zamanda m§1213§A RNA metilasyonunun fizyolojik işlevini de ortaya koyuyor.
Çeviri Sonrası Değişiklikler
Sirkadiyen saatlerin doğasında bulunan otodüzenleyici geri bildirim döngüleri, bir döngüyü tamamlamak için genellikle yaklaşık 24 saat gerektirir, böylece moleküler bir sirkadiyen ritim oluşturulur. Yaklaşık 24 saatlik bu moleküler saatin üretimi, fosforilasyon, sumilasyon, histon asetilasyonu ve metilasyonu ve her yerde bulunma dahil olmak üzere çeşitli translasyon sonrası modifikasyonlar tarafından düzenlenir. Örneğin tersinir fosforilasyon, nükleer translokasyon, protein kompleksi toplanması ve protein bozulması gibi önemli süreçleri yönetir. Bu mekanizmaların her biri yaklaşık 24 saatlik sürenin korunmasına önemli ölçüde katkıda bulunur ve daha önce bahsedilen çekirdek saat proteinlerinin stabilitesini etkileyerek sirkadiyen saatin hassasiyetini artırır. Bu nedenle, transkripsiyonel düzenleme ritmik RNA seviyelerini oluştururken, düzenlenmiş translasyon sonrası modifikasyonlar PER ve CRY proteinlerinin bolluğunu, hücre altı lokalizasyonunu ve baskılayıcı aktivitesini yönetir.
Saat genlerinin translasyon sonrası modifikasyonunda rol oynayan proteinler, kazein kinaz ailesinin üyelerini, özellikle kazein kinaz 1 delta (CSNK1D) ve kazein kinaz 1 epsilon'un (CSNK1E) yanı sıra F-kutusunu kapsar. lösin açısından zengin tekrar proteini 3 (FBXL3). Memeli sistemlerinde CSNK1E ve CSNK1D, çekirdek sirkadiyen protein döngüsünün önemli düzenleyicileridir. Bu proteinlerden herhangi birini hedef alan deneysel müdahaleler, sirkadiyen periyotlarda, daha kısa sirkadiyen periyotlara yol açan değiştirilmiş kinaz aktiviteleri gibi önemli değişikliklere neden olur, böylece sirkadiyen saatin çekirdek mekanizması içindeki translasyon sonrası düzenlemenin kritik rolünü daha da gösterir. Bu spesifik mutasyonlar, ileri uyku fazı bozukluğu ile olan ilişkileri nedeniyle insan çalışmalarında büyük ilgi görmüştür. Ayrıca BMAL1'in ubikuitinle ilişkili küçük bir değiştirici protein modifikasyonu, çeviri sonrası düzenlemenin ek bir katmanı olarak öne sürülüyor.
Sirkadiyen Osilatörlerin Düzenlenmesi
Sirkadiyen osilatörler yaklaşık 24 saatlik bir süre ile karakterize edilir. Işık uyaranlarına yanıt olarak organizma, biyolojik gündüz ve geceyi kolektif olarak oluşturan karmaşık bir yol ağı aracılığıyla yanıt verir. Saat hassasiyetini korumaya dahil olan düzenleyici ağlar, çeşitli çeviri sonrası mekanizmaları kapsar. Sirkadiyen osilatörler fosforilasyon, SUMOilasyon, ubikuitinasyon ve histon asetilasyonu ve deasetilasyonu ile düzenlenebilir; ikincisi, kromatin yapısını modüle eden ve dolayısıyla gen ekspresyonunun erişilebilirliğini etkileyen histon kuyruğunun kovalent bir modifikasyonudur. Bir metil grubunun eklenmesini içeren protein metilasyonu, protein fonksiyonunu veya gen ifadesini düzenler. Spesifik olarak, histon metilasyonu, DNA dizisini değiştirmek yerine kromatin erişilebilirliğini değiştirerek gen ifadesini baskılayabilir veya aktive edebilir. Histonlar asetilasyon, metilasyon ve fosforilasyona uğrarken, öncelikle histon asetiltransferazlar (HAT) ve histon deasetilazlar (HDAC) gibi enzimler asetil gruplarını eklediğinde veya çıkardığında önemli yapısal ve kimyasal değişiklikler meydana gelir ve bu da DNA ifadesini derinden etkiler. Sonuç olarak, histon asetilasyonu ve metilasyonu, gen ekspresyonunu etkileyerek sirkadiyen osilatör fonksiyonunu modüle eder. Fustin ve meslektaşları, memelilerin sirkadiyen osilatör düzenlemesine ek bir karmaşıklık katmanı ekleyerek olgun mRNA'nın etkili nükleer aktarımı için RNA metilasyonunun gerekli olduğunu gösterdi. RNA metilasyonunun engellenmesi, saat geni transkriptlerinin nükleer olarak tutulmasıyla sonuçlandı ve böylece sirkadiyen süre uzatıldı.
Biyolojik saatlerin temel özelliklerinden biri, dış çevresel ipuçlarıyla senkronize olma kapasiteleridir. Organizma boyunca hücre-otonom osilatörlerin her yerde bulunması, bunların zamansal koordinasyonunun araştırılmasına yol açar. Memelilerin çevresel saatlerine ilişkin evrensel zamanlama ipuçlarına yönelik araştırmalar, beslenme, sıcaklık ve oksijen dahil olmak üzere temel sürüklenme sinyallerini belirledi. Hem beslenme ritimlerinin hem de sıcaklık döngülerinin çevresel saatleri senkronize ettiği ve hatta bunları beyinde bulunan merkezi ana saatten (örneğin gündüz sınırlı beslenme yoluyla) ayırabildiği gösterilmiştir. Ayrıca oksijen ritimlerinin kültürlü hücresel sistemlerdeki saatleri senkronize ettiği de gözlemlendi.
Salınım Mekanizmalarını Aydınlatmak için Sistem Biyolojisi Yaklaşımları
Çağdaş deneysel metodolojiler, özellikle de sistem biyolojisini kullananlar, biyolojik saatler içindeki çok sayıda yeni bileşeni ortaya çıkararak organizmaların sirkadiyen salınımı nasıl sürdürdüklerine dair bütünleyici bir anlayışı teşvik etti.
Yakın zamanda Baggs ve ark. İnsan sirkadiyen saatinde bir organizmanın genetik bozulmalara karşı sağlamlığını sağlayan ağ özelliklerini karakterize etmek için "Gen Dozaj Ağı Analizi" (GDNA) adı verilen yeni bir strateji geliştirdi. Araştırmaları, ölümsüzleştirilmiş insan osteosarkom U2OS hücreleri içindeki saat bileşenlerinin gen ekspresyonunda doza bağlı değişiklikleri ortaya çıkarmak için küçük girişimci RNA'yı (siRNA) kullanmıştır. Bu yaklaşım, memeli sirkadiyen saatinin yerleşik biyokimyasal kısıtlamalarıyla uyumlu gen ilişkilendirme ağlarının inşasını kolaylaştırdı. Çoklu siRNA dozlarının uygulanması kantitatif PCR analizlerini geliştirerek sirkadiyen saatin orantılı gen ekspresyonu yanıtları, etkileşimli modüller yoluyla sinyal yayılımı ve gen ekspresyonu yoluyla telafi edici ayarlamalar gibi çeşitli ağ özelliklerini ortaya çıkardı.
SiRNA'nın neden olduğu pertürbasyonun ardından aşağı yöndeki gen ekspresyonunda gözlenen orantılı yanıtlar, hedeflenen gen yıkımına karşılık gelen ekspresyon seviyelerindeki aktif değişiklikleri gösterdi. Örneğin, Bmal1'in doza bağlı olarak düşürülmesi, Rev-ErbA alfa ve Rev-ErbA beta mRNA seviyelerinde doğrusal, orantılı bir azalmayla sonuçlandı. Bu gözlem, Bmal1'in doğrudan Rev-erb genlerini aktive ettiğini ve ayrıca Bmal1'in Rev-erb ifadesinin önemli bir belirleyicisi olduğunu gösterdiğini gösteren önceki araştırmaları doğruladı.
Ayrıca GDNA metodolojisi, sirkadiyen ağlar içindeki biyolojik aktarma mekanizmalarını araştırmak için bir çerçeve sundu ve modüllerin gen ifadesindeki değişiklikleri nasıl ilettiğini açıkladı. Araştırmacılar, aktivatörler ve baskılayıcılar arasındaki etkileşimlerin aracılık ettiği sinyal yayılımını belirlediler ve birkaç saat geni baskılayıcısı arasında tek yönlü paralog telafisini ortaya çıkardılar. Örneğin, PER1'in tükenmesi Rev-erb'lerde bir artışa yol açar ve bu da daha sonra Rev-erb baskılayıcılarının aşağı yönlü hedefi olan BMAL1 ifadesini azaltmak için bir sinyal yayar.
Çeşitli transkripsiyonel baskılayıcıların devre dışı bırakılmasına ilişkin GDNA araştırmaları, paralog telafisini ortaya çıkardı. Bu fenomen, yedeksiz bir şekilde devre dışı bırakıldıktan sonra gen fonksiyonunun yerini almak üzere gen paraloglarının aktif olarak yukarı regüle edilmesini içerir; bu, tek bir bileşenin gerekli fonksiyonu sürdürebileceği anlamına gelir. Bu bulgular, sirkadiyen saat ağının sağlamlığı sağlamak ve işlevselliği korumak için salt fazlalık yerine aktif telafi edici mekanizmalar kullandığını göstermektedir. Aslında araştırmacılar, gözlemlenen bu ağ özelliklerinin topluca bir genetik tamponlama sistemi oluşturduğunu ve saat işlevini genetik ve çevresel bozulmalara karşı koruduğunu öne sürdüler. Bu mantık, sirkadiyen osilatör içindeki ağ özelliklerini araştırmak için genom biliminden yararlanılabileceğini öne sürüyor.
Zhang ve ark. tarafından yapılan ayrı bir araştırma. lusiferaz raportör gen ekspresyonunu kullanarak ek saat genlerini ve değiştiricileri belirlemek için U2OS hücre hatlarında genom çapında küçük bir müdahaleci RNA taraması kullandı. Yaklaşık 1000 genin baskılanması, ritim genliğinin azalmasına neden oldu. İkincil taramalar aracılığıyla araştırmacılar, periyot uzunluğu veya artan genlik üzerindeki yüzlerce önemli etkiyi tespit edip doğruladılar. Bu genlerin bir alt kümesinin daha ileri karakterizasyonu, osilatör fonksiyonu üzerinde doza bağlı bir etkiyi ortaya çıkardı. Protein etkileşim ağı analizi, çok sayıda gen ürününün yerleşik saat bileşenleriyle doğrudan veya dolaylı olarak ilişkili olduğunu gösterdi. Yol analizi, bu genlerin insülin ve kirpi sinyal yollarının bileşenlerinde, hücre döngüsünde ve folat metabolizmasında aşırı temsil edildiğini gösterdi. Bu yolların çoğunun saatle düzenlendiği bilindiği göz önüne alındığında Zhang ve ark. sirkadiyen saatin hücresel fonksiyonun çeşitli yönleriyle karmaşık bir şekilde bağlantılı olduğu hipotezini öne sürdü.
Sistem biyolojisi yaklaşımının kullanılması, sirkadiyen ritimler ile daha önce sirkadiyen salınımın düzenleyicileri olarak tanınmayan hücresel olaylar arasında bağlantılar kurabilir. Örneğin, 2014 yılında NHLBI'nin ev sahipliği yaptığı bir atölyede sirkadiyen genomik ile ilgili son keşifler değerlendirildi ve biyolojik saat ile çeşitli hücresel süreçler arasındaki etkileşim araştırıldı.
Sirkadiyen Saatlerdeki Değişiklikler
Her ne kadar 24 saatlik kesin bir sirkadiyen saat birçok organizmada yaygın olsa da, bunun varlığı evrensel değildir. Yüksek Arktik veya Antarktika bölgelerinde yaşayan organizmalar, tüm mevsimler boyunca sürekli olarak güneş zamanıyla karşılaşmazlar; ancak çoğunun, uyuşukluk sırasındaki ayılarda olduğu gibi, yaklaşık 24 saatlik bir sirkadiyen ritmi sürdürdükleri düşünülüyor. Dünya'nın biyokütlesinin önemli bir kısmı karanlık biyosferde bulunur ve bu organizmalar ritmik fizyolojik süreçler sergileyebilirken, birincil ritimlerinin sirkadiyen olması pek mümkün değildir. Doğu-batı göçü gerçekleştiren, özellikle de dünyanın çevresini dolaşan organizmalar için, tam 24 saatlik evre, aylar, mevsimler veya yıllar boyunca değişiklik gösterebilir.
Bazı örümcek türleri, olağandışı şekilde uzatılmış veya kısaltılmış sirkadiyen saatler sergiler. Örneğin, bazı çöp hattı dokumacıları 18,5 saatlik sirkadiyen saatlere sahip olmasına rağmen yine de 24 saatlik bir döngüye katılabilir. Bu adaptasyon, güneş doğmadan önce en yüksek aktiviteyi mümkün kılarak bu örümceklerin avcılardan kaçınmasına yardımcı olabilir. Kara dul örümcekleri, potansiyel olarak karanlık habitatları tercih etmeleriyle ilişkilendirilebilecek aritmik saatler sergiliyor.
Kimyasal saat
- Kimyasal saat
- Kimyasal osilatör
Referanslar
Sirkadiyen ekran araması
- Sirkadiyen ekran araması