Effect of light on biological clock regulation mechanism in mammals

Organizmy żyjące na Ziemi spotykają się z cyklicznymi zmianami warunków środowiskowych. Aby zwiększyć szansę przeżycia muszą one przystosować swoje zachowania i procesy fizjologiczne do tych rytmicznych zmian. Narzędziem, które im w tym pomaga są struktury zegara biologicznego, będące zespołem endogennych oscylatorów, generujących samopodtrzymujące się rytmy. Praca tych struktur opiera się głównie na zmiennej ekspresji genów zegarowych. Zegar endogenny nie jest jednak wystarczająco dokładny, dlatego aby nie nastąpiło zbytnie przesuniecie fazy jego rytmu, względem rytmów środowiskowych, musi być nieustannie do nich dostrajany. Głównym czynnikiem umożliwiającym synchronizację zegara do warunków zewnętrznych jest światło. Podstawowymi receptorami światłoczułymi kręgowców są czopki i pręciki. Jak wykazały badania nie są one jednak głównymi receptorami umożliwiającymi zegarowi widzenie światła. Bardziej wrażliwe na światło potrzebne do synchronizacji zegara są komórki melanopsynowe, będące „podzbiorem” komórek zwojowych siatkówki. Z tych komórek informacja o bodźcach świetlnych trafia do głównego oscylatora, którym u ssaków są jądra nadskrzyżowaniowe podwzgórza (suprachiasmatic nuclei – SCN). Szlak siatkówkowo podwzgórzowy przewodzący bodźce świetlne do struktur mózgowych zegara biologicznego nie uczestniczących w tworzeniu obrazów jest anatomicznie oddzielony od drogi wzrokowej. Głównym neuroprzekaźnikiem biorącym udział w przekazywaniu sygnałów świetlnych do SCN jest kwas glutaminowy. Do jąder nadskrzyżowaniowych trafiają również sygnały z innych struktur mózgowia, takich jak: listek ciała kolankowatego bocznego, czy twór siatkowaty. Poprzez przesyłanie informacji nie świetlnych, synchronizują one rytmiczną aktywność głównego generatora zegara biologicznego.Organisms living on the Earth face cyclic changes in environmental conditions. To increase the chance of survival, they have to adapt their behavior and physiological processes to these rhythmical changes. Tools that help them do this are structures of the biological clock, which is a group of endogenous oscillators, generating self - sustained rhythms. Functioning of these structures is mainly based on the variable expression of clock genes. However endogenous clock is not accurate enough, therefore to avoid excessive phase shift of its rhythm terms of environmental rhythms it must be continuously tuned to them. A major factor for synchronization to the external conditions is light. The main photosensitive receptors of vertebrates are rods and cones. Research has shown that they are not the major receptors, allowing the clock seeing the light. More sensitive to light, needed to clock synchronization are melanopsin cells , which are subset of retinal ganglion cells. From these cells information about the light stimuli gets to the main oscillator, which in mammals are suprachiasmatic nuclei (SCN). Retinohypothalamic tract, conducting light stimuli to brain structures of biological clock not involved in images creation is anatomically separate from the visual pathway. The main neurotransmitter involved in the transmission of light signals to SCN is glutamic acid. To suprachiasmatic nuclei goes also signals from other brain structures, such as intergeniculate leaflet, or reticular formation. By sanding nonphotic information they synchronize rhythmical activity of the main generator of biological clock