Rytm dobowy odpowiada za prawidłowe funkcjonowanie organizmu i dostosowuje liczne procesy wewnętrzne do zmieniających się warunków środowiska. Reguluje m.in. sen, apetyt i temperaturę ciała. Istnieje kilka czynników kształtujących rytm dobowy, z których najważniejszym jest światło. Obecnie wiadomo już, że ośrodkiem rytmu dobowego jest jądro nadskrzyżowaniowe podwzgórza. Łączy się ono z komórkami zwojowymi siatkówki, jednak dokładne funkcjonowanie tego obwodu pozostaje nieznane. Amerykańscy naukowcy z Johns Hopkins University School of Medicine postanowili zgłębić tę kwestię i dokonali istotnego odkrycia. Zidentyfikowali białko Tenm3, które odpowiada za stabilizację rytmu okołodobowego w układzie wzrokowym myszy.
Naukowcy przeszukali bazę danych pod kątem cząsteczek biologicznych obecnych podczas rozwoju jądra nadskrzyżowaniowego. Skupili się na białku powierzchniowym teneurynie-3 (Tenm3), które ulega ekspresji w neuronach wazoaktywnego peptydu jelitowego (VIP) w obszarze rdzeniowym jądra nadskrzyżowaniowego. Cząsteczka ta należy do rodziny białek tworzących obwody centralnego układu nerwowego, w tym układu wzrokowego. Badacze postanowili zbadać wpływ tego białka na stabilność rytmów dobowych u myszy oraz zdolność zwierząt do adaptacji w przypadku zmieniających się warunków oświetleniowych. W tym celu zwierzęta podzielono na 2 grupy. Grupa badawcza składała się ze zmodyfikowanych genetycznie myszy, u których zablokowano produkcję Tenm3, natomiast grupa kontrolna obejmowała zwierzęta z normalnym poziomem tego białka. Naukowcy oceniali reakcję myszy wystawionych na różne warunki oświetleniowe.
Początkowo zastosowano model 12-godzinnego cyklu światło/ciemność, a następnie przesunięto okres ciemności o 6 godzin do przodu. Myszy z prawidłowym Tenm3 potrzebowały około 4 dni, aby dostosować swoje rytmy okołodobowe do zmiany, podczas gdy te bez Tenm3 dokonały tego znacznie szybciej – w czasie o połowę krótszym. Reakcje te oceniano na podstawie wzorców aktywności dla typowych cykli snu. Kolejny eksperyment przeprowadzono wykorzystując słabsze źródło światła. Tym razem grupie kontrolnej dostosowanie się do nowego rytmu zajęło około 8 dni, a grupie badawczej – tylko 4. Następnie naukowcy sprawdzili reakcję myszy na krótkotrwały bodziec świetlny i zaobserwowali ją jedynie u myszy pozbawionych Tenm3. Wszystkie eksperymenty wskazują na to, że myszy bez Tenm3 były bardziej wrażliwe na sygnały świetlne i szybciej dostosowały się do zmiany warunków oświetleniowych, nawet tych krótkotrwałych.
“Gdyby rytmy dobowe dostosowywały się do każdej szybkiej zmiany oświetlenia, jak podczas zaćmienia lub bardzo ciemnego i deszczowego dnia, nie byłyby skuteczne w regulowaniu okresowych zachowań takich jak sen i głód. Zidentyfikowane przez nas białko Tenm3 uczestniczy w tworzeniu połączeń mózgowych podczas rozwoju układu nerwowego, co umożliwia stabilne reagowanie na zmiany rytmu okołodobowego i związane z nim aktywności” – mówi dr Alex Kolodkin, profesor Wydziału Neuronauki Johna Hopkinsa i współautorka badania.
Odkrycie to sugeruje, że Tenm3 pomaga w utrzymaniu stabilnych rytmów dobowych, nawet w warunkach zmiennej ekspozycji na światło. Przyczynia się to do lepszego zrozumienia mechanizmów kontrolujących rytm okołodobowy. Jest to na tyle istotne, że jego zakłócenie może mieć poważne konsekwencje zdrowotne. Wiąże się ze zwiększonym ryzykiem chorób cywilizacyjnych takich jak nowotwory, depresja czy zaburzenia lękowe. Być może w przyszłości odkrycie to zostanie wykorzystane w leczeniu zaburzeń snu i dolegliwości związanych ze zmianą strefy czasowej.