Sæsonbestemt regulering i det biologiske ur i bønnebughjernerne

Ikke alene har organismens krop et biologisk ur, der kan fortælle tidspunktet på dagen, det kan også fortælle tidspunktet på året. Forskere fra Japan har fundet ud af, at et dygtigt lille molekyle kan stå bag den mekanisme, hvormed det biologiske ur holder styr på årstiderne.

I en undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort i PLOS Biology , afslører forskere fra Osaka University, at glutamatsignalering er ansvarlig for den sæsonbestemte regulering af reproduktion i bønnebugs af gener, der er involveret i at opretholde døgnrytmen.

Døgnrytmen er drevet af et biologisk ur, der styrer kroppens processer baseret på tidspunktet på dagen. En relateret proces er fotoperiodefølsomhed eller sæsonbestemt regulering, hvor kropsprocesser reguleres på sæsonbasis baseret på længden af ​​dag- og natteperioderne.

"Tidligere undersøgelser har vist, at døgnrytmeurgener ikke kun er involveret i regulering af daglige processer, men også i regulering af sæsonbestemte begivenheder, såsom reproduktion hos insekter," siger Masaharu Hasebe, førsteforfatter på undersøgelsen. "Mekanismen for denne interaktion var dog uklar."

For at løse dette fokuserede forskerne på glutamat, en neurotransmitter, der er involveret i at overføre en lang række signaler i hjernen på mange dyr, fra hvirvelløse dyr til pattedyr. Ved at bruge bean bugs, en bekvem model af døgnrytme-relaterede årstidsrytmer, blev et hjerneglutamatniveau vurderet under forskellige fotoperiodiske forhold relateret til den sæsonbestemte reproduktive cyklus og som reaktion på interferens med døgnrytmeurgener.

"Resultaterne var meget klare," forklarer Sakiko Shiga, seniorforfatter af undersøgelsen. "Ekstracellulære glutamatniveauer i hele hjernen var signifikant højere under korte dage end under lange dage, og at slå ned urgenperioden afskaffede denne forskel."

Direkte reduktion eller stigning af glutamatniveauer i bønnefejls hjerner reducerede også sæsonspecifikke ændringer i reproduktiv status. Derudover forstyrrede reduktion eller stigning af glutamatniveauer de fotoperiodiske reaktioner fra pars intercerebralis neuroner, som typisk ændrer deres neurale aktivitet sæsonmæssigt og fremmer æglægning.

"Vores resultater viser, at ekstracellulær glutamatdynamik er reguleret af urgener og spiller en væsentlig rolle i den fotoperiodiske kontrol af reproduktion," siger Hasebe.

I betragtning af, at glutamat er meget udbredt til neurotransmission hos dyr, fra insekter til pattedyr, har resultaterne fra denne undersøgelse implikationer ud over bønnebugsbiologi. Det er muligt, at yderligere undersøgelser, der undersøger denne nyopdagede mekanistiske forbindelse mellem det cirkadiske ur og regulering af fotoperioden, vil fremme vores forståelse af sæsonbetinget tilpasning hos en bred vifte af dyr.

Artiklen "Clock-gene-dependent glutamate dynamics in the bean bug brain regulate photoperiodic reproduction" blev offentliggjort i PLOS Biology . + Udforsk yderligere

Sæsonbestemt hjerne:Bønnebugsneuroner har brug for biologisk urgen til sæsonbestemt æglægning