Suprachiasmaticus mag - Suprachiasmatic nucleus
| Suprachiasmaticus mag | |
|---|---|
Nucleus suprachiasmaticus az SC , középen balra, jelzett kék.
A optika chiasm jelentése OC , csak alul, címkézett fekete. | |
 A suprachiasmaticus magot zölddel jelölik és jelzik.
| |
| Részletek | |
| Azonosítók | |
| latin | nucleus suprachiasmaticus |
| Háló | D013493 |
| NeuroNames | 384 |
| NeuroLex azonosító | birnlex_1325 |
| TA98 | A14.1.08.911 |
| TA2 | 5720 |
| FMA | 67883 |
| A neuroanatómia anatómiai feltételei | |
A nucleus suprachiasmaticus vagy sejtmagok ( SCN ) egy apró agyterület a hipotalamuszban található, közvetlenül a fölött a látóideg chiasm . Felelős a cirkadián ritmusok szabályozásáért . Az általa generált neuronális és hormonális tevékenységek sokféle testfunkciót szabályoznak 24 órás ciklusban. Az egér SCN körülbelül 20 000 neuront tartalmaz .
Az SCN kölcsönhatásba lép az agy számos más régiójával. Számos sejttípust és számos különböző peptidet (beleértve a vazopresszint és a vazoaktív bélpeptidet ) és neurotranszmittereket tartalmaz .
Neuroanatómia
Az SCN a hypothalamus elülső részén helyezkedik el, közvetlenül a hátsó , vagy felsőbbrendű (tehát fent ) az optikai chiasmával (CHO) szemben, kétoldalt a harmadik kamrától (mindkét oldalán) .
A mag ventrolateralis és dorsolateralis részekre osztható, amelyeket magnak és héjnak is neveznek. Ezek a régiók eltérnek az óra génjeinek kifejeződésében, a mag az ingerek hatására fejezi ki őket, míg a héj konstitutívan fejezi ki őket.
Ami a vetületeket illeti, a mag három fő úton, a retinohypothalamic traktuson , a geniculohypothalamic traktuson és néhány Raphe -mag sejtjein keresztül kap beidegzést . A Dorsomedial SCN -t főként a mag és más hipotalamusz területek is beidegzik. Végül a kimenete főként a subparaventricularis zónába és a dorsomedialis hypothalamus magba jut, amelyek mind közvetítik az SCN által a test cirkadián szabályozására gyakorolt hatást.
Circadián hatások
Különböző organizmusok, például baktériumok, növények, gombák és állatok genetikailag közel 24 órás ritmust mutatnak. Bár úgy tűnik, hogy ezek az órák hasonló típusú genetikai visszacsatolási hurkon alapulnak, úgy gondolják, hogy az érintett gének mindegyik királyságban függetlenül fejlődtek ki. Az emlősök viselkedésének és fiziológiájának számos aspektusa cirkadián ritmikát mutat, beleértve az alvást, a fizikai aktivitást, az éberséget, a hormonszintet, a testhőmérsékletet, az immunfunkciót és az emésztési tevékenységet. Az SCN koordinálja ezeket a ritmusokat az egész testben, és a ritmus elveszik, ha az SCN megsemmisül. Például a teljes alvási idő fennmarad SCN -károsodású patkányokban, de az alvási epizódok hossza és időzítése ingatag lesz. Az SCN fenntartja az irányítást az egész testben a "rabszolga oszcillátorok" szinkronizálásával, amelyek saját, közel 24 órás ritmusukat mutatják, és szabályozzák a cirkadián jelenségeket a helyi szövetekben.
Az SCN a retina speciális fényérzékeny ganglionsejtjeiből kap információt a retinában a retinohypothalamicus traktuson keresztül . A ventrolateralis SCN (vlSCN) neuronjai képesek a fény által kiváltott génexpresszióra. A retina melanopszin tartalmú ganglionsejtjei a retinohypothalamicus traktuson keresztül közvetlenül kapcsolódnak a ventrolateralis SCN -hez. Amikor a retina fényt kap, a vlSCN relék ezt az információt az egész SCN lehetővé elválasztó , a szinkronizálás, a személy vagy állat napi ritmusát, a 24 órás ciklus jellegű. Annak fontosságát, hogy az élőlényeket, beleértve az embereket is, exogén jelekhez, például a világos/sötét ciklushoz vonzzák, számos cirkadián ritmusú alvászavar tükrözi , ahol ez a folyamat nem működik megfelelően.
A dorsomedialis SCN (dmSCN) neuronjainak endogén 24 órás ritmusa van, amely állandó sötétségben is fennmaradhat (emberekben átlagosan körülbelül 24 óra 11 perc). A GABAerg mechanizmus részt vesz az SCN ventrális és dorsalis régióinak összekapcsolásában.
Az SCN információt küld a többi hipotalamusz magnak és a tobozmirigynek, hogy módosítsa a testhőmérsékletet és a hormonok, például a kortizol és a melatonin termelését .
Endoterm (melegvérű) és ektotermikus (hidegvérű) gerincesek cirkadián ritmusai
Az anyagcsere -folyamatok közvetlen neuronális szabályozására és a cirkadián ritmus által szabályozott viselkedésre vonatkozó információk nem ismertek sem az endoterm, sem az ektotermikus gerincesek körében , bár az SCN -rel kiterjedt kutatásokat végeztek modellállatokban, például emlős egérben és ektoterm hüllőkben, gyíkok. Ismeretes, hogy az SCN nemcsak a retinohypothalamicus traktus beidegzésén keresztül történő fotorecepcióban vesz részt, hanem a homeotermiára képes gerincesek termoregulációjában , valamint a cirkadián óra mozgásának és egyéb viselkedési kimeneteinek szabályozásában az ektotermikus gerinceseken. A gerincesek két osztálya közötti viselkedési különbségek, összehasonlítva az SCN és más, a hipotalamuszhoz közeli magok szerkezetével és tulajdonságaival , betekintést nyújtanak abba, hogy ezek a viselkedések hogyan alakulnak ki a különböző cirkadián szabályozásokból. Végső soron sok neuroetológiai vizsgálatot kell elvégezni annak érdekében, hogy teljesen meg lehessen állapítani az SCN közvetlen és közvetett szerepét a gerincesek cirkadián szabályozott viselkedésében.
Az endotermák és ektotermák SCN -je
Általánosságban elmondható, hogy a külső hőmérséklet nem befolyásolja az endoterm állatok viselkedését vagy a cirkadián ritmust, mivel ezek az állatok képesek fenntartani a belső testhőmérsékletüket a homeosztatikus hőszabályozás révén; azonban az emlősök perifériás oszcillátorai (lásd a cirkadián ritmust ) érzékenyek a hőimpulzusokra, és meg fogják tapasztalni a cirkadián óra fázisának és a kapcsolódó genetikai expressziónak a visszaállítását, ami arra utal, hogy a perifériás cirkadián oszcillátorok különálló entitások lehetnek egymástól annak ellenére, hogy az SCN -ben van egy fő oszcillátor . Továbbá, amikor egérből származó SCN egyes neuronjait hőimpulzusokkal kezelték, az oszcillátorok hasonló visszaállítását figyelték meg, de amikor egy ép SCN -t ugyanazzal a hőimpulzus -kezeléssel kezeltek, az SCN ellenáll a hőmérsékletváltozásnak, változatlan cirkadián értékkel oszcilláló fázis. A ectothermic állatok, különösen a rom gyík Podacris sicula , hőmérséklet kimutatták, hogy befolyásolja a cirkadián oszcillátor belül SCN. Ez tükrözi az endoterm és ektotermikus gerincesek potenciális evolúciós kapcsolatát, mivel az ektotermák a környezeti hőmérsékletre támaszkodva befolyásolják cirkadián ritmusukat és viselkedésüket, az endotermák pedig kifejlődött SCN -rel rendelkeznek, hogy lényegében figyelmen kívül hagyják a külső hőmérsékletet, és a fotorecepciót használják a cirkadián oszcillátorok bevonására. SCN. Ezenkívül az SCN különbségei az endoterm és az ektotermikus gerincesek között arra utalnak, hogy a hőmérséklet-ellenálló SCN neuronális szerveződése az endotermákban felelős az állatok hőszabályozó viselkedésének elősegítéséért, eltérően az ektotermáktól, mivel a külső hőmérsékletre támaszkodnak. bizonyos viselkedések.
A gerincesek SCN által ellenőrzött viselkedése
Jelentős kutatásokat végeztek a cirkadián ritmus szabályozásáért felelős géneken, különösen az SCN -en belül. Az óra ( Clk ) és a periódus 2 ( Per2 ) génexpressziójának ismerete, a sok gén közül kettő, amelyek a cirkadián ritmus szabályozásáért felelősek az SCN egyes sejtjeiben, lehetővé tették annak jobb megértését, hogy a genetikai expresszió hogyan befolyásolja a cirkadián ritmus szabályozását -kontrollált viselkedés. A romok gyíkok és egerek hőszabályozásával kapcsolatos tanulmányok bizonyos összefüggésekről tájékoztattak mindkét gerinces idegi és genetikai összetevői között, amikor indukált hipotermiás állapotokat tapasztaltak. Bizonyos eredmények azt tükrözték, hogy az SCN evolúciója mind szerkezetileg, mind genetikailag hogyan eredményezte a jellegzetes és sztereotipikus hőszabályozó viselkedést mindkét gerinces osztályban.
- Egerek : A gerincesek között ismert, hogy az emlősök endotermák, amelyek képesek homeosztatikus hőszabályozásra. Az egerekről kimutatták, hogy némi hőérzékenységük van az SCN -en belül, bár a testhőmérséklet szabályozása a hipotermiában szenvedő egereknél érzékenyebb arra, hogy világos vagy sötét környezetben vannak -e; kimutatták, hogy a sötét körülmények között és hipotermiában szenvedő egerek éhezés közben is stabil belső testhőmérsékletet tartanak fenn. Fényviszonyok mellett az egerek testhőmérséklete csökkent ugyanazon éhomi és hipotermiás körülmények között. A Clock gének genetikai expressziójának elemzésével vad típusú és knockout törzsekben, valamint az SCN-n belüli neuronok aktivitásának és a hypothalamus közeli magjaival való kapcsolatok elemzésével a fent említett körülmények között kimutatták, hogy az SCN a központ a cirkadián testhőmérséklet ritmusának szabályozása. Ez a cirkadián kontroll tehát magában foglalja mind a hőszabályozó viselkedés számos közvetlen és közvetett befolyását, amelyekben az emlősök részt vesznek a homeosztázis fenntartásában.
- Romgyíkok : Számos tanulmányt végeztek az SCN cirkadián oszcilláló sejtjeiben expresszált génekről különböző világos és sötét körülmények között, valamint a hüllők enyhe hipotermiájának kiváltásának hatásairól. Szerkezetét tekintve a gyíkok SCN -i jobban hasonlítanak az egerekéhez, mivel dorsomedialis résszel és ventrolateralis maggal rendelkeznek. Azonban a cirkadiánnal kapcsolatos Per2 gén genetikai expressziója a gyíkokban hasonló a hüllők és madarak genetikai expressziójához , annak ellenére, hogy a madarakról ismert, hogy külön SCN szerkezetük van, amely egy oldalsó és középső részből áll. A gyík SCN tanulmányozása a gyík kis testmérete és ektotermiája miatt felbecsülhetetlen annak megértéséhez, hogy a gerincesek ezen osztálya hogyan változtatja meg viselkedését a cirkadián ritmus dinamikáján belül, de még nem állapították meg, hogy a hidegvérű gerincesek rendszerei lelassultak-e az SCN aktivitásának csökkenése vagy az anyagcsere aktivitás csökkenése a hipotermia következtében.
Egyéb jelek a retinából
Az SCN egyike a sok magnak, amelyek idegjeleket kapnak közvetlenül a retinából.
A többi közül néhány az oldalsó geniculate nucleus (LGN), a superior colliculus , a bazális optikai rendszer és a pretectum :
- Az LGN továbbítja a színről, a kontrasztról, az alakról és a mozgásról szóló információt a látókéregnek, és maga jelzi az SCN -nek.
- A felső colliculus szabályozza a szem mozgását és irányát.
- A bazális optikai rendszer a szemmozgásokat is szabályozza.
- A pretectum szabályozza a pupilla méretét .
Génexpresszió
Az SCN cirkadián ritmusát egy gén expressziós ciklus generálja az egyes SCN neuronokban. Ez a ciklus jól megőrződött az evolúció során, és lényegében hasonló a sok különböző organizmusból származó sejtekben, amelyek cirkadián ritmust mutatnak. Például, bár a gyümölcslegyeknek (mint minden gerinctelennek) nincs SCN -je, a ciklus nagyrészt hasonló az emlősökéhez. Jelenleg úgy gondolják, hogy minden állatnak közös gyökere van a cirkadián ritmusában.
Muslica
A Drosophila gyümölcsmolyban a sejtek cirkadián ritmusát az idegsejtekben két összekapcsolódó visszacsatoló hurok szabályozza.
- Az első ciklusban a bHLH transzkripciós faktorok óra ( CLK ) és ciklus ( CYC ) hajtják saját represszor periódusuk ( PER ) és időtlen ( TIM ) átírását . A PER és TIM fehérjék ezután felhalmozódnak a citoplazmában, éjszaka transzlokálnak a magba, és kikapcsolják saját transzkripciójukat, ezáltal a transzkripció és a transzláció 24 órás oszcillációját állítják be.
- A második hurokban a vrille ( VRI ) és a Pdp1 transzkripciós faktorokat a CLK/CYC kezdeményezi. A PDP1 pozitívan hat a CLK transzkripcióra és negatívan a VRI -re.
Ezek a gének különféle transzkripciós faktorokat kódolnak, amelyek más fehérjék expresszióját váltják ki. Az óra és a ciklus termékei , a CLK és a CYC, a transzkripciós faktorok alapvető helix-loop-helix (bHLH) családjának PAS-tartalmú alcsaládjába tartoznak , és heterodimert alkotnak . Ez a heterodimer (CLK-CYC) kezdeményezi a PER és a TIM transzkripcióját , amelyek fehérjetermékei dimerizálják, majd gátolják saját expressziójukat a CLK-CYC által közvetített transzkripció megszakításával. Ez a negatív visszacsatolási mechanizmus 24 órás ritmust ad az óra gének expressziójában . Gyaníthatóan sok gén kapcsolódik a cirkadián kontrollhoz az "E-box elemek" által a promotereikben, mivel a CLK-CYC és homológjai ezekhez az elemekhez kötődnek.
A 24 órás ritmust a fény visszaállíthatja a fehérje kriptokróm (CRY) segítségével, amely részt vesz a Drosophila cirkadián fotorecepciójában . A CRY fényfüggő módon társul a TIM-hez, ami a TIM megsemmisítéséhez vezet. A stabilizáláshoz szükséges TIM jelenléte nélkül a PER végül elpusztul a nap folyamán. Ennek eredményeként csökken a CLK-CYC elnyomása, és az egész ciklus újraindul.
Emlősök
Az emlősökben a cirkadián óra gének a legyekhez hasonló módon viselkednek.
Először a CLOCK-ot (cirkadián mozgásszervi kimeneti ciklusok kaput) klónoztuk egérben, és a BMAL1 (agy és izom aril szénhidrogén receptor nukleáris transzlokátor ( ARNT) -szerű 1 ) a Drosophila CYC elsődleges homológja .
A PER három homológját ( PER1 , PER2 és PER3 ) és két CRY homológust ( CRY1 és CRY2 ) azonosítottak.
TIM -et azonosítottak emlősökben; funkciója azonban még mindig nincs meghatározva. A TIM mutációi azt eredményezik, hogy képtelenek reagálni a zeitgebersre , ami elengedhetetlen a biológiai óra visszaállításához.
A legújabb kutatások azt sugallják, hogy az SCN -en kívül az óra géneknek más fontos szerepeik is lehetnek, beleértve a visszaélésszerű kábítószerek, például a kokain hatásait .
Elektrofiziológia
Neuronok SCN tűz akciós potenciálok egy 24 órás ritmust. Napközben a tüzelési sebesség eléri a maximumot, és éjszaka ismét csökken. Az, hogy a génexpressziós ciklus (az úgynevezett magóra) hogyan kapcsolódik az idegi tüzeléshez, még nem ismert.
Sok SCN idegsejt érzékeny a retinán keresztül érkező fénystimulációra, és tartósan tüzelő akciópotenciálokat okoz a rágcsálók fényimpulzusában (~ 30 másodperc). A fotikus válasz valószínűleg a fény cirkadián ritmusra gyakorolt hatásával függ össze. Ezenkívül a melatonin fokális alkalmazása csökkentheti ezen neuronok tüzelési aktivitását, ami arra utal, hogy az SCN-ben jelen lévő melatonin receptorok közvetítik a fázisváltó hatásokat az SCN-en keresztül.
Lásd még
- Kronobiológia
- Fényérzékeny ganglionsejt
- Időérzék
- Retinohypothalamicus traktus
- A műszakos alvás zavara
- Nem 24 órás alvás-ébrenlét zavar