体内時計

概日リズムは 、主に明暗の期間に応じて 24 時間にわたって起こる身体的、精神的、行動的な変化です。この周期は、タンパク質のセットと視交叉上核 (SCN) に対応する、個人の 体内時計 によって調整されています。

体内時計は、体の組織内の細胞と相互作用し、 ホルモン の産生と放出、消化、生殖能力、体温などを調節する一連の タンパク質 に与えられた名前です。 period 遺伝子 と timeless 遺伝子は、それぞれ PER タンパク質と TIM タンパク質をコードしており、これらのタンパク質は夜間に 細胞 内に蓄積し、日中は量が減少します。これは、その生成が環境信号、主に光に関連しているために起こります。したがって、不規則な時間に光にさらされると、個人の概日リズムと睡眠の質に影響を与える可能性があります。睡眠の調節に関与するホルモンであるメラトニンは、体内時計タンパク質によって生成されます。光の強度が低いほど、メラトニンの生成が増加し、睡眠の質が向上します。電子機器から発せられる光など、不規則な時間に光にさらされることに加えて、体内時計タンパク質をコードする遺伝子の変異やタイムゾーンの変化（英語では 時差ボケ ）も、体の概日リズムに影響を与える可能性があります。次に、生物学的サイクルの機能不全は、 糖尿病 、不眠症、 肥満 、うつ病、 双極性障害 などの病気に関連しています。

組織細胞と相互作用するPERおよびTIMタンパク質に加えて、体内時計には 視床下部 に位置する「制御中枢」もあります。視交叉上核 (SCN) として知られるこの中枢は、20,000 個を超える ニューロン で構成されており、眼球 網膜 によって捕捉された信号を受信して​​、 松果体 による メラトニン の生成を刺激または阻害する上頚神経節に伝達します。 。このメカニズムは各個人の概日リズムの調節にも重要な役割を果たしているため、SCN は「マスター クロック」という通称で呼ばれています。しかし、 昆虫 やラットを使った研究では、これらの動物はこの脳構造（SCN）が存在しない場合でも概日リズムを維持できることがすでに明らかにされており、PERおよびTIMタンパク質のフィードバック機構が適切なリズムを維持するのに十分である可能性があることを示唆しています。個人の体内時計の働き。また、1 日のサイクルの周期 (つまり、朝、昼、夜) が、局所的なスケール、つまり各組織や器官における生物学的プロセスが適切に機能するために特に重要な要素であると結論付けられました。

体の細胞における概日リズムの調節は、フィードバック機構を通じて起こります。 period 遺伝子 と timeless 遺伝子によってコードされる PER タンパク質と TIM タンパク質は、夜間 (つまり暗期) に 細胞核 に大量に存在し、個人の光への曝露に応じて分解されます。すべての PER タンパク質と TIM タンパク質が分解されると、他の 2 つの分子、CLOCK タンパク質と CYCLE タンパク質が活動を始めます。これらの構造は結合して複合体を形成し、その後、 時代 を超越した 遺伝子と結合して、それらの遺伝子をオンにします（つまり、遺伝子の 転写 を再び開始します）。これは通常、正午頃に発生します。夕暮れ時には、すでに転写されたPERおよびTIMタンパク質がCLOCKおよびCYCLE複合体を不活性化し、それら自身の生成を停止します。この瞬間からサイクルが再び始まり、PERとTIMは一日を通して低下します。

注: period 遺伝子と timeless 遺伝子、および PER と TIM によってコードされるタンパク質はハエについて説明されており、同様の遺伝子配列がいくつかの変更を加えて 哺乳動物 にも存在します。

参考文献:

国立総合医科学研究所概日リズム。入手可能場所: https://www.nigms.nih.gov/education/fact-sheets/Pages/circadian-rhythms.aspx

科学的なアメリカ人。体内時計のチクタク音。入手可能場所: https://www.scientificamerican.com/article/the-tick-tock-of-the-biological-clo/