Jak fungují a jak se seřizují hodinky našeho těla?

Každý má v mozku „časový strojek“, který celému tělu oznamuje, kolik je právě vnitřních hodin (viz Vesmír 73, 425, 1994/8). Stejně jako hodinky odměřuje i strojek v mozku čas nezávisle na prostředí, a aby se nerozešel s vnějšími hodinami (se sluncem), je možné např. působením slunečního světla „posouvat jeho ručičky“. Za sídlo časového strojku je považováno suprachiazmatické jádro v hypotalamu. Je malé, kulaté, nepříliš nápadné mezi dalšími drobnými hypotalamickými jádry, která se podílejí na řízení organizmu (tělesné teploty, sexuality, pocitu žízně, hladu apod.).

Vnitřní hodiny jsou důležité například pro regulaci fyzické aktivity organizmu. Díky nim si zvířata i lidé udržují pravidelné střídání aktivity (subjektivní den) a odpočinku (subjektivní noc) i při vícedenním pobytu ve tmě. Aktivita laboratorních hlodavců se hodnotí podle toho, kdy zvíře spontánně běhá v kolečku. Zvířata s poškozeným suprachiazmatickým jádrem v něm běhají průběžně po celých 24 hodin. Pokud je takovému zvířeti implantováno zdravé suprachiazmatické jádro z mláděte téhož druhu, spontánní rytmické střídání aktivity a klidu zvířete se obnoví.

V poslední době se zjistilo, že suprachiazmatické jádro nemá kompaktní strukturu, ale že se skládá z dřeně a skořápky. Skupině vědců z Columbijské univerzity a z Univerzity v Cincinnati se podařilo prokázat, že se dřeň aktivuje (měřeno fosforylací proteinkinázy ERK) v průběhu subjektivní noci, kdežto skořápka v průběhu subjektivního dne. Nebylo však jasné, jestli tato rytmičnost vzniká vzájemným působením skořápky na dřeň a dřeně na skořápku, nebo jestli je řízena z jiné části mozku.

Po transplantaci suprachiazmatického jádra mláďat se všechna původní spojení nemusí obnovit. Vědci proto po transplantaci sledovali, jestli došlo ke změně rytmičnosti v implantovaném suprachiazmatickém jádře, a zjistili, že se rytmičnost fosforylace proteinu obnovila pouze ve skořápce – dřeň jádra svoji rytmičnost ztratila, a zvíře se přitom chovalo rytmicky. Jedním z neúplně obnovených spojení byl trakt vedoucí z oka přímo do suprachiazmatického jádra.

Byla ztráta rytmičnosti dřeně jádra způsobena přerušením tohoto traktu? Vědci změřili aktivitu proteinů v suprachiazmatickém jádře po enukleaci a získali stejné výsledky jako po transplantaci: Dřeň jádra rytmičnost ztratila, kdežto skořápka se i nadále rytmicky aktivovala a deaktivovala. Zvířata si udržovala rytmičnost pohybu a odpočinku, přestože byla po celou dobu experimentu ve tmě.

Výsledky studie vyvolávají spoustu dalších otázek: Je rytmičnost ve dřeni řízena generátorem rytmu v oku? Pokud ano, je tento generátor ovlivňován světlem? Mohl by potom fungovat jako zprostředkovatel vlivu světla na běh našeho vnitřního časového strojku skrze aktivitu ve dřeni suprachiazmatického jádra? Komunikují spolu dřeň a skořápka tohoto jádra? A pokud ano, jak to dělají? Je časový strojek umístěn ve skořápce? (Nature Neuroscience 6, 111–112, 2003)