Няколко гена участват в регулирането на циркадния ритъм на тялото и се считат за важни в областта на хронобиологията. Ето някои ключови гени, свързани с хронобиологията:

1.Периодични гени (PER1, PER2, PER3): Периодичните гени играят решаваща роля в генерирането и регулирането на циркадните ритми. Те кодират протеини, които се натрупват през нощта и се разграждат през деня, образувайки молекулярна верига за обратна връзка.

2.Криптохромни гени (CRY1, CRY2): Криптохромите са друга група гени, участващи в регулирането на циркадния ритъм. Те кодират протеини, които взаимодействат с протеините на периода, за да инхибират тяхната активност, образувайки основна верига за обратна връзка в циркадния часовник.

3.Часовникови гени (CLOCK): Генът CLOCK кодира протеин, който играе централна роля в регулирането на експресията на други часовникови гени. Той помага да се инициира транскрипцията на гените Period и Cryptochrome, влияейки върху общия циркаден ритъм.

4.BMAL1 (ARNTL): Генът BMAL1 кодира протеин, който се хетеродимеризира с CLOCK и стимулира транскрипцията на други часовникови гени, включително Period и Cryptochrome гени.

5.Timeless (TIM): Генът Timeless кодира протеин, който взаимодейства с протеините на периода, като допринася за регулирането на циркадния ритъм.

6.ROR гени (RORα, RORβ, RORγ): ROR гените кодират ядрени рецептори, участващи в регулирането на циркадните ритми. Те участват в транскрипционната регулация на часовниковите гени.

7.Rev-erb гени (Rev-erbα, Rev-erbβ): Rev-erb гените кодират ядрени рецептори, които играят роля в регулирането на циркадния часовник. Те участват в регулирането на обратната връзка и влияят върху експресията на часовниковите гени.

Тези гени, заедно със свързаните с тях протеини и техните взаимодействия, образуват сложна мрежа, която регулира циркадния ритъм и координира различни физиологични процеси в тялото. Чрез изучаване на тези хронобиологични гени изследователите придобиват представа за молекулярните механизми, които са в основата на биологичните ритми и тяхното въздействие върху здравето и благосъстоянието.

В статията ще обърнем специално внимание на гените: PER1, PER2, PER3

PER1

Генът PER1 е решаващ компонент в областта на хронобиологията, която изучава биологичните ритми и тяхната връзка с времето. Това е един от няколкото гени, участващи в регулирането на вътрешния циркаден часовник на тялото. Циркадният часовник е отговорен за координирането на различни физиологични процеси и поведение в рамките на 24-часов цикъл, включително модели на сън-събуждане, производство на хормони, метаболизъм и други основни функции.

Генът PER1 е част от група гени, наречени Period гени, които играят жизненоважна роля в генерирането и регулирането на циркадните ритми. Тези гени работят заедно с други часовникови гени, за да образуват сложна молекулярна верига за обратна връзка. Генът PER1, заедно с PER2 и PER3, кодира протеини, които се натрупват в клетките през нощта и постепенно се разграждат през деня. Този цикличен модел на производство и разграждане на протеини помага да се установи 24-часов ритъм.

Мутации или вариации в гена PER1 могат да повлияят на циркадния ритъм на индивида и да нарушат вътрешния му часовник. Такива смущения могат да доведат до различни здравословни проблеми, включително нарушения на съня, настроението, метаболитни нарушения и повишена чувствителност към определени заболявания. Освен това външни фактори като излагане на светлина, работни графици и избор на начин на живот могат да повлияят на експресията на гена PER1 и да променят циркадния ритъм на индивида.

Изучаването на гена PER1 и други часовникови гени е от съществено значение за разбирането на молекулярните механизми, лежащи в основата на циркадните ритми. Това знание може да има значение за разработването на лечения за нарушения на съня, оптимизиране на работните графици на смени и подобряване на цялостното здраве и благосъстояние чрез привеждане в съответствие на ежедневието ни с нашите биологични часовници.

PER2

Генът PER2 е друг критичен компонент в областта на хронобиологията, която изучава биологичните ритми и тяхната връзка с времето. Подобно на гена PER1, PER2 е част от групата гени, наречени периодични гени, които участват в регулирането на вътрешния циркаден часовник на тялото.

Генът PER2 играе решаваща роля в поддържането на прецизността и стабилността на циркадния ритъм. Той кодира протеин, наречен PER2, който, заедно с други часовникови протеини, образува молекулярна верига за обратна връзка. Тази верига за обратна връзка помага да се регулира времето на различни биологични процеси и поведение в рамките на 24-часов цикъл.

Протеинът PER2 се синтезира в клетките през деня и се натрупва до пикови нива вечер. След това той взаимодейства с други часовникови протеини, за да инхибира активността на гените, участващи в собственото му производство. В резултат протеинът PER2 постепенно намалява през нощта и рано сутринта. Това циклично покачване и спадане на PER2 протеина допринася за времето и синхронизирането на циркадния ритъм.

Прекъсванията или мутациите в гена PER2 могат да доведат до смущения в циркадния ритъм. Тези смущения могат да се проявят като нарушения на съня, променени модели на сън, трудности при приспособяване към работа на смени или промени в часовата зона и повишен риск от различни здравословни проблеми. Изследванията показват, че мутациите в гена PER2 са свързани със синдром на фамилна напреднала фаза на сън (FASPS), състояние, характеризиращо се с напреднал цикъл на сън-събуждане.

Изучаването на гена PER2 и неговите взаимодействия с други часовникови гени дава представа за молекулярните механизми, които са в основата на циркадните ритми. Разбирането на ролята на PER2 и други часовникови гени помага за дешифрирането на начина, по който нашите вътрешни часовници се адаптират към сигнали от околната среда като светлина и регулиране на различни физиологични процеси. Това знание може да има значение за подобряване на нарушенията на съня, разработване на персонализирани подходи за хронотерапия и подобряване на цялостното здраве и благополучие.

PER3

Генът PER3 е важен ген в областта на хронобиологията, която изучава биологичните ритми и тяхната връзка с времето. Това е един от трите гена на периода (PER1, PER2, PER3), които играят решаваща роля в регулирането на вътрешния циркаден часовник на тялото.

Генът PER3 кодира протеина PER3, който участва в поддържането и регулирането на циркадния ритъм. Подобно на другите гени на периода, протеинът PER3 се натрупва през нощта и постепенно се разгражда през деня. Този цикличен модел на протеинова експресия помага да се установи 24-часов ритъм.

Изследванията показват, че генът PER3 може да повлияе на индивидуалните различия в моделите на сън-събуждане и чувствителността към външни сигнали, като излагане на светлина. Вариациите или мутациите в гена PER3 са свързани с разликите в циркадните предпочитания, като например да бъдеш „сутрешен човек“ (предпочитащ ранните сутрини) или „вечерен човек“ (предпочитащ късните вечери).

Генът PER3 също участва в регулирането на хомеостазата на съня, процесът, който контролира времето и интензитета на съня в отговор на предишно събуждане. Той взаимодейства с други часовникови гени и молекулярни пътища, за да модулира процесите, свързани със съня, и да допринесе за регулирането на продължителността и качеството на съня.

Прекъсванията или промените в гена PER3 могат да доведат до смущения в циркадния ритъм, нарушения на съня и променени модели на сън-събуждане. Освен това някои проучвания предполагат потенциална връзка между вариациите в гена PER3 и податливостта към разстройства на настроението, като биполярно разстройство.

Чрез изучаване на гена PER3 и неговата роля в циркадните ритми, изследователите се стремят да придобият по-задълбочено разбиране на механизмите, които са в основата на индивидуалните различия в моделите на сън-бодърстване, хронотипите и свързаните с тях разстройства. Това знание може да има значение за персонализираните подходи към управлението на съня, оптимизирането на работните графици и подобряването на общото благосъстояние чрез привеждане в съответствие на начина на живот на индивида с неговия биологичен часовник.

Източници на информация:

1. „A new human circadian pacemaker“ by Toh et al. (2001): This seminal study identified the PER2 gene as a critical component of the human circadian pacemaker and provided insights into its role in regulating the internal clock.
2. „The Period of the Circadian Oscillator Is Primarily Determined by the Balance between Casein Kinase 1 and Protein Phosphatase 1“ by Gallego et al. (2006): This study delves into the molecular mechanisms of the Period genes and their regulation, shedding light on the balance between Casein Kinase 1 (CK1) and Protein Phosphatase 1 (PP1) in determining the period of the circadian oscillator.
3. „Molecular genetics of circadian rhythms in mammals“ by Takahashi (2006): This review article provides a comprehensive overview of the genetics underlying circadian rhythms, including the PER genes and their role in regulating the mammalian circadian clock.
4. „Genetics of the human circadian clock and sleep homeostasis“ by Archer et al. (2010): This review explores the genetic basis of the human circadian clock, including the PER genes, and their relationship to sleep homeostasis and sleep disorders.
5. „The genetics of circadian rhythms“ by Partch et al. (2014): This comprehensive review article discusses the genetic basis of circadian rhythms, including the PER genes, and provides insights into the molecular mechanisms and regulatory pathways involved.

   Send article as PDF