Циркадният часовник е вътрешна биологична система за отчитане на времето, която регулира ежедневните ритми на различни физиологични процеси и поведение в организмите. Често се нарича „часовник на тялото“ или „вътрешен часовник“. Терминът „циркаден“ идва от латинските думи „circa“ (което означава „около“) и „diem“ (което означава „ден“).

Циркадният часовник позволява на организмите да предвиждат и да се адаптират към ежедневните промени в околната среда, особено към променливите цикли светлина-тъмнина, причинени от въртенето на Земята. Помага за синхронизирането на биологичните функции с оптималното време за дейности като сън, бодърстване, хранене, секреция на хормони, метаболизъм, телесна температура и други физиологични процеси.

В основата на циркадния часовник е сложна мрежа от гени и протеини, които взаимодействат по прецизен начин, образувайки взаимосвързани вериги за обратна връзка. Тези бримки включват транскрипционни фактори, които активират или потискат експресията на часовникови гени, които от своя страна произвеждат часовникови протеини. След това часовниковите протеини модулират активността на транскрипционните фактори, създавайки самоподдържаща се трептене с период от приблизително 24 часа.

Един от ключовите транскрипционни активатори в циркадния часовник на бозайниците е протеиновият комплекс, наречен CLOCK-BMAL1 (известен също като хетеродимер). CLOCK-BMAL1 управлява експресията на други часовникови гени, включително период (PER) и криптохром (CRY). PER и CRY протеините, от своя страна, се натрупват с течение на времето и в крайна сметка инхибират собствената си транскрипция, образувайки отрицателна обратна връзка.

Циркадният часовник присъства не само при хората, но и при много други организми, включително животни, растения, гъби и дори някои бактерии. Докато основните компоненти на циркадния часовник се запазват при различните видове, има вариации в специфичните гени и протеини, които участват.

Циркадният часовник се регулира основно от сигнали от околната среда, като светлината е най-влиятелният сигнал. Излагането на светлина, особено в синия спектър, се открива от специализирани клетки в ретината на окото, които изпращат сигнали до супрахиазматичното ядро на мозъка (SCN). SCN действа като главен пейсмейкър и координира синхронизирането на циркадните ритми в цялото тяло.

Нарушенията на циркадния часовник, като работа на смени, забавяне на часовете или определени генетични мутации, могат да доведат до нарушения на циркадния ритъм, засягащи моделите на съня, бдителността, настроението и цялостното здраве. Разбирането на механизмите на циркадния часовник е от решаващо значение за оптимизиране на човешкото здраве, тъй като дава представа за нарушенията на съня, метаболитните състояния, психичното здраве и развитието на хронотерапии.

В областта на хронобиологията CRY1 се отнася до специфичен ген, наречен „криптохром 1“. Криптохромите са клас протеини, които играят решаваща роля в регулирането на циркадния ритъм на тялото, който е вътрешният биологичен часовник, който помага за синхронизирането на различни физиологични процеси с 24-часовия цикъл ден-нощ.

CRY1 е един от двата известни криптохромни гена при бозайници, като другият е CRY2. Тези гени кодират протеини, които участват в отрицателната обратна връзка на молекулярния циркаден часовник. Циркадният часовник е съставен от сложна мрежа от гени и протеини, които взаимодействат по прецизен начин, за да регулират времето на биологични процеси като цикли сън-събуждане, производство на хормони, метаболизъм и други физиологични функции.

По-конкретно, CRY1 е отговорен за кодирането на протеина криптохром 1, който участва в инхибирането на активността на определени часовникови гени и протеини. Взаимодействието на криптохромите с други компоненти на часовника помага да се поддържа осцилаторният модел на циркадния часовник, като се гарантира, че той остава синхронизиран с външната среда.

Мутациите или промените в гена CRY1 могат да нарушат нормалното функциониране на циркадния часовник и да доведат до различни нарушения на циркадния ритъм, като разстройство на забавената фаза на съня или фамилен синдром на напреднала фаза на сън. Изследванията върху криптохромите, включително CRY1, продължават да хвърлят светлина върху сложните механизми, които са в основата на регулирането на вътрешния часовник на тялото и неговото въздействие върху човешкото здраве и благополучие.

CRY2

В контекста на хронобиологията CRY2 се отнася до специфичен ген, наречен „криптохром 2“. Криптохромите са клас протеини, участващи в регулирането на циркадния ритъм, който е вътрешният биологичен часовник, който помага за координирането на различни физиологични процеси с 24-часовия цикъл ден-нощ.

CRY2 е един от двата известни криптохромни гена при бозайници, като другият е CRY1. Тези гени кодират протеини, които участват в отрицателната обратна връзка на молекулярния циркаден часовник. Циркадният часовник се състои от сложна мрежа от гени и протеини, които взаимодействат, за да регулират времето на биологичните функции, включително цикли сън-събуждане, секреция на хормони, метаболизъм и други физиологични процеси.

Генът CRY2 кодира протеина криптохром 2, който играе роля в инхибирането на активността на специфични часовникови гени и протеини. Взаимодействайки с други компоненти на циркадния часовник, криптохромите спомагат за поддържането на осцилаторния модел на вътрешния часовник, осигурявайки неговата синхронизация с външната среда.

Промените или мутациите в гена CRY2 могат да нарушат нормалното функциониране на циркадния часовник и да доведат до различни нарушения на циркадния ритъм. Например, мутациите в CRY2 са свързани с фамилен синдром на напреднала фаза на сън, състояние, характеризиращо се с напреднал график на сън-събуждане. Изследванията върху криптохромите, включително CRY2, допринасят за нашето разбиране за това как работи циркадният часовник и неговото въздействие върху човешкото здраве и благосъстояние.

Източник на информация:

1. „Cryptochromes: Blue Light Receptors for Plants and Animals“ by Steve A. Kay and Takato Imaizumi (Science, 2002): This review article provides an overview of cryptochromes and their role in regulating the circadian clock in both plants and animals. It discusses the functions of CRY1 and CRY2 proteins in the context of circadian rhythms.
2. „Cryptochromes Define a Novel Circadian Clock Mechanism in Monarch Butterflies That May Underlie Sun Compass Navigation“ by Steven M. Reppert et al. (PLoS Biology, 2004): This study investigates the role of CRY1 and CRY2 in the circadian clock of monarch butterflies. It explores how these genes may be involved in sun compass navigation, a behavior observed in monarch butterflies during migration.
3. „Cryptochrome mediates circadian regulation of cAMP signaling and hepatic gluconeogenesis“ by Xuan Zhao et al. (Nature Medicine, 2014): This research focuses on the role of CRY1 and CRY2 in regulating glucose metabolism and the circadian control of hepatic gluconeogenesis. It provides insights into the molecular mechanisms underlying the link between the circadian clock and metabolic processes.
4. „Cryptochrome 1 regulates the circadian clock through dynamic interactions with the BMAL1 C terminus“ by Patrick C. Hsu et al. (Nature Structural & Molecular Biology, 2012): This study investigates the molecular interactions between CRY1 and BMAL1, a key transcription factor involved in the circadian clock. It highlights the importance of CRY1 in regulating the timing and stability of the circadian clock machinery.

   Send article as PDF