Циркадные ритмы управляют суточными изменениями в организме и определяют периоды бодрствования и сна. Центром этой системы является супрахиазматическое ядро (SCN), которое содержит тысячи нейронов и служит центральным циркадным пейсмекером. Исследования объясняют, почему джетлаг или сезонные изменения освещённости могут нарушать сон.
Группа из Вашингтонского университета в Сент-Луисе под руководством Эрика Херцога и KL Nikhil разработала вычислительный инструмент MITE (Mutual Information and Transfer Entropy), который произносят «mighty». Работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, использовала недельные записи экспрессии генов с клеточным разрешением. Команда реконструировала более 25 миллионов связей между более чем 8 000 клеток у 17 мышей с точностью свыше 95%.
Построенные карты показали, что хотя в SCN мыши примерно 20 000 нейронов, для синхронной работы нужна небольшая подмножество высокосвязанных хаб-клеток, в том числе нейроны, экспрессирующие VIP. Учёные выделили пять функциональных типов клеток и особо описали хаб-клетки, мостовые клетки и поглощающие (sink) клетки. В вычислительных моделях удаление только хаб-нейронов приводило к разрушению синхронности по всей сети, что подтверждает их критическую роль.
Дальнейшие шаги включают выяснение механизмов влияния хаб-клеток и проверку, можно ли целенаправленными вмешательствами настроить работу SCN. Авторы считают, что инструмент может помочь в разработке стратегий по восстановлению биологических часов и принести пользу сменным работникам, людям с сезонным аффективным расстройством и другим пациентам с нарушениями циркадных ритмов.
Сложные слова
- циркадный ритм — внутренний суточный цикл работы организмаЦиркадные ритмы
- супрахиазматическое ядро — основной центр биологических часов в мозге
- пейсмекер — структура, задающая регулярный ритм работыпейсмекером
- реконструировать — восстановить связи по данным наблюденийреконструировала
- хаб-клетка — клетка с большим числом связей в сетихаб-клеток
- синхронность — согласованность активности нескольких клеток одновременносинхронности
Подсказка: наведите, сфокусируйтесь или нажмите на выделенные слова, чтобы увидеть краткие определения прямо во время чтения или прослушивания.
Вопросы для обсуждения
- Какие преимущества и ограничения вы видите в использовании вычислительных инструментов, таких как MITE, для изучения клеточных сетей?
- Каким образом знания о хаб-клетках можно применить для улучшения сна людей, работающих по сменному графику?
- Какие дополнительные эксперименты, по вашему мнению, нужны, чтобы понять механизмы влияния хаб-клеток на синхронность сети?
Похожие статьи
Мембрана в челюсти у предков млекопитающих
Исследование с КТ-сканами и компьютерным моделированием показало, что мембрана в изгибе челюсти древнего Thrinaxodon могла работать как барабанная перепонка. Это означает, что воздушный слух возник почти на 50 миллионов лет раньше, чем считали ранее.
Как клетки и молекулы формируют мозговые сети
Учёные объединили данные сканов, генетики и молекулярной визуализации, чтобы связать микроскопические признаки мозга с крупномасштабными сетями, наблюдаемыми при fMRI. Работа опубликована в Nature Communications и связана с депрессией, шизофренией и болезнью Альцгеймера.
Новый световой метод для измерения активности клеток мозга
Учёные создали инструмент на основе биолюминесценции, который измеряет активность внутри живых клеток мозга без внешнего освещения. Метод работает в экспериментах на мышах и рыбках и позволяет записывать сигнал много часов подряд.
