일주기 시계들(circadian clocks)이 상호 소통하는 방법

June 5, 2017

뇌의 중앙 시계와 장기 및 시스템들의 주변 시계들이 상호 소통하는 방법을  독일 Wurzburg대 Christian Wegener 교수팀(이론 개발)과 칠레 Valparaiso대 John Ewer교수팀(실험 수행)이 발견하고 이를 Nature Communications에 2017년 5월 30일 게재[1]

 

이 연구는 초파리의 뇌시계와 스테로이드 호르몬을 생산하는 전흉선(prothoracic gland)의 말초 시계와 연결시키는 신경 경로에 초점을 두고 진행 

 

전흉선은 초파리가 부화하는 순간을 지정하는 신호를 주는 ecdysone 호르몬을 생성. 부화는 새벽에만 일어나는 엄격한 일정을 따름

 

인간의 부신피질(adrenal cortex)이 초파리의 전흉선과 비슷한데, 부신피질은 ecdysone대신 glucocorticoids를 분비. 

 

glucocorticoids가 포유류의 여러 일주기 시계들을 동기화하는 것으로 알려져 있으며, 이 동기화에 이상이 생기면 우울증에서 심혈관 질환 및 대사성 질환에 이르는 다양한 질병을 초래 [2]

 

연구진들은 전흉선자극호르몬(prothoracicotropic hormone, PTTH) 뉴런이 초파리의 뇌시계와 주변 시계를 연결한다는 것을 확인

 

중앙시계 뉴런이 특별한 신경 펩타이드를 생성하여 PTTH  뉴런에 정보를 전달하면, PTTH 뉴런은 이 정보를 전흉선의 페이스조절자에 전달하여 edcysone의 생성을 조절

 

자연에서와 같이 정상적인 주야 리듬이 있는 경우, 주변 시계만으로도 ​​새벽에 부화를 유지하기에 충분하므로, 중앙 시계의 고장은 문제가 되지 않음. 연구진들은  뇌시계와 주변시계를 모두 인위적으로 늦게하여 부화 리듬을 24시간에서 27시간으로 조정하는 데 성공

 

주변시계를 정상으로 하고 뇌시계만 늦추더라도 부화리듬은 27기간으로 조정되나, 뇌시계를 정상으로하고  주변시계를 늦추면 부화시간은 조정되지 않음 

 

이 실험은 하나의 master 시계와 여러개의 slave 시계로 구성되는  "결합 발진기 모델 (coupled-oscillator model)"을 확인

[1] https://www.nature.com/articles/ncomms15563

Selcho, Mareike, et al. "Central and peripheral clocks are coupled by a neuropeptide pathway in Drosophila." Nature Communications 8 (2017): 15563.

 

[2] http://neurowiki2013.wikidot.com/individual:circadian-rhythms:food-sleep-and-stress

 

[3] https://www.uni-wuerzburg.de/en/sonstiges/meldungen/detail/artikel/wie-innere-uhren-miteinander-kommunizieren-1/

 

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