지구상의 모든 생명체는 회전하는 행성에 대처하기 위해 진화하여 낮과 밤 사이의 예측 가능한 전환을 초래합니다. 세부 사항은 식물, 곰팡이, 박테리아 및 동물마다 다르지만, 일관된 특징은 유기체가 변화를 예측하고 준비 할 수있게하는 생물학적“시계”입니다.
동물에서 밤낮을 추적하는 중앙 시계는 뇌에 있으며, 망막에서 빛을 받아 빛이나 어둠과 동기화되도록합니다. 그러나 신체의 모든 세포에는 자체 시계가 있습니다. 이러한 생물학적 시계는 24 시간에 가까운주기를 갖기 때문에 일주기 (circadian) (“약”을 의미하는“circa”, 라틴어“dies”에서 의미하는 dian)를 의미합니다.
우리는 이제 싸고 밝고 인공 조명, 교대 근무, 수면 박탈 및 시차로 살고 있습니다. 신체의 고대 일주기 제어 메커니즘에 대한 모든 주요 과제입니다. 이 모든 일주기 및 수면 과제는 질병과 관련된. 그러나 우리의 최신 연구, 마우스를 사용하여 하루 중 다른 시간에 감염이 다른 중증의 질병을 유발한다는 것을 발견했습니다.
놀랍게도, 본 발명자들은 면역계의 세포에서 똑딱 거리는 시계가 박테리아 감염에 대한 반응의 변화를 담당한다는 것을 발견했다. 특히, 대 식세포라고 불리는 특수 세포는 박테리아를 삼켜 서 죽이는 큰 세포입니다.
대 식세포 (파란색)를 감싸는 결핵균 (빨간색)에 대한 작가의 인상. Kateryna Kon / Shutterstock
접시 나 마우스에서 자라는 대 식세포는 하루 중 다른 시간에 다르게 반응했습니다. 그리고이 세포에서 시계를 무력화 시키면 슈퍼 대 식세포가 생겨서 정상 대 식세포보다 더 빨리 박테리아를 더 많이 먹었고 더 많은 박테리아를 먹었습니다.
우리는 "시계가없는"대 식세포가 많은 유형의 박테리아에 의한 박테리아 감염으로부터 마우스를 보호한다는 것을 발견했다. 대 식세포를 자세히 살펴보면 세포 모양을 유지하고 세포 이동과 박테리아 섭취에 필요한 구조 단백질의 주요 변화와 함께 세포가 다르게 보였습니다. 세포의 내부 구조 또는 세포 골격의 변화는 우리 연구의 초점이되었습니다.
우리는 대 식 세포 circadian 시계 직접 cytoskeleton의 구성 요소를 제어 발견. 우리는 cytoskeletal 단백질 빌딩 블록의 양, 또한 cytoskeletal 변화의 마스터 레 귤 레이 터의 활동에서 변화를 보았다. 이 마스터 레귤레이터는 RhoA라는 단백질입니다.
RhoA는 박테리아 접촉에 의해 활성화되고 대 식세포를 이동시켜 박테리아를 이동시키고 소비합니다. 우리는 박테리아가 존재하지 않더라도 RhoA가 시계가없는 대 식세포에서 활성화되어 있음을 발견했습니다. 박테리아가 정상적인 대 식세포에 접촉했을 때 RhoA는 활성화되었지만 RhoA가 이미 활성화되어 있기 때문에 시계없는 대 식세포에는 더 이상의 변화가 없었습니다. 따라서 시계가없는 대 식세포는 항상 켜져있어 박테리아의 공격에 더 빠르게 대응할 수 있습니다.
시계가 대 식세포의 행동을 어떻게 변화 시켰는지 알아 내기 위해, 우리는 핵심 시계 메커니즘을 사용했습니다. 이것은 시간이 지남에 따라 풍부하게 변화하는 작은 그룹의 단백질로 구성되므로 세포가 시간을 알 수 있습니다. 우리는 BMAL1이라고하는 이러한 클록 요소 중 하나가 클록과 대 식세포 행동 사이의 필수 연결이라는 것을 발견했습니다.
저자 제공
항생제에 대한 의존도 감소
현대 세계가 직면 한 주요 문제 중 하나는 항생제에 대한 박테리아의 내성이 증가한다는 것입니다. 30 년 동안 새로운 종류의 항생제는 없었습니다. 항생제에 대한 박테리아 내성은 우리가 돌이킬 수없는 감염을 겪고 수술이 더 위험해질 미래에 직면한다는 것을 의미합니다.
박테리아에 대한 방어력을 향상시키는 새로운 방법을 찾는 것이 가장 중요합니다. 시계를 세균 방어와 연결하는 회로를 발견하면 기존 항생제의 제한된 범위에 대한 의존도를 줄일 수있는 새로운 경로가 열립니다. 시계를 대상으로 박테리아 감염에 대한 자연 방어를 강화할 수 있습니다.
일주기 시계의 작동은 가벼운 노출, 식사 시간 변경, 인간 집단의 유전 적 다양성 및이 시스템을 조절할 수있는 새로운 약물에 의해 변경 될 수 있습니다. 약물로 시계를 타겟팅하는 데있어 한 가지 문제는 다른 시스템에 미치는 영향이 광범위하고 결과를 예측하기 어렵다는 것입니다. 그러나 감염에 대한 면역력을 높이기위한 단기 개입은 저렴한 비용으로 혜택을 제공 할 수 있습니다.
마찬가지로, 예를 들어 조명 및 식사 시간을 제어하여 병원에서 고위험군의 일주기 리듬을 강화하면 면역력을 높이고 병원에서 획득 한 감염을 예방할 수 있습니다.
저자에 관하여
내분비학 교수 데이비드 레이 옥스퍼드 대학 Gareth Kitchen, 학술 임상 강사 및 마취 전문가, 맨체스터 대학
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