일주기 리듬

Circadian rhythm
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일주기 리듬
인체 생체시계의 특징
발음
빈도수.대략 24시간마다 반복합니다.

일주기 리듬(/sərˈkeɪdiən/)은 대략 24시간마다 반복되는 자연스러운 진동입니다.생체 리듬은 유기체 안에서 발생하는 모든 과정(즉, 내생성)과 환경에 반응하는 모든 과정(환경에 의해 변형됨)을 나타낼 수 있습니다.생체리듬은 생체리듬을 리듬적으로 조정하는 것이 주된 기능인 생체리듬에 의해 조절되어 개인의 건강을 극대화하기 위해 정확한 시간에 발생합니다.일주기 리듬은 동물, 식물, 곰팡이, 시아노박테리아에서 광범위하게 관찰되어 왔으며 이들 [1][2]생명의 왕국에서 각각 독립적으로 진화했다는 증거가 있습니다.

그것의 주요 기능은 생물학적 과정을 리드미컬하게 조정하여 정확한 시간에 일어나 개인의 건강을 극대화하는 것입니다.

cycladian이라는 용어는 라틴어 circa에서 유래했으며, "대략"을 의미하며, "day"를 의미하는 die.24시간 주기를 갖는 과정은 일반적으로 일주 리듬이라고 불리고, 일주 리듬은 [3]환경적이 아닌 내생적인 것으로 확인되지 않는 한 일주 리듬이라고 불려서는 안 됩니다.

비록 일주기 리듬이 내생적이지만, 그것들은 빛, 온도 그리고 산화 환원 주기를 포함하는 독일 Zeitgeber (독일어 Zeitgeber)에서 유래한)라고 불리는 외부 신호에 의해 현지 환경에 조정됩니다.임상 환경에서 인간의 비정상적인 일주기 리듬은 일주기 리듬 수면 [4]장애로 알려져 있습니다.

역사

동양과 아메리카 원주민의 문화에서 "자연적인 신체 순환"에 대한 언급이 여러 차례 있지만, 일주 과정에 대한 최초의 기록된 서양의 기록은 기원전 4세기의 테오프라스토스의 것으로 추정되며, 아마도 알렉산더 대왕 밑에서 복무하던 배의 선장 안드로스테네스의 보고에 의해 그에게 제공되었을 것입니다.테오프라스토스는 그의 저서 '식물에 대한 탐구'에서 "장미처럼 잎이 많은 나무, 그리고 밤에는 닫히지만 해가 뜰 때 열리고 정오가 되면 완전히 펴진다; 그리고 저녁에는 다시 문을 닫고 밤에는 닫힌 채로 남아있고, 원주민들은 그것이 [5]잠이 든다고 말한다"라고 묘사합니다.그가 언급한 나무는 훨씬 나중에 식물학자인 H Bretzl에 의해 Alexandrian [6]캠페인의 식물학적 발견에 관한 그의 책에서 타마린드 나무로 확인되었습니다.

인간의 일주 또는 일주 과정에 대한 관찰은 13세기경의 중국 의학 문헌에 언급되어 있는데, 일주 주기, 일주 및 [7]일년 계절에 따른 아쿠 포인트의 선택에 도움이 되는 정오 및 자정 매뉴얼과 음모닉 운율을 포함하고 있습니다.

1729년, 프랑스 과학자 장 자크 도르투스 드 마이란은 매일의 자극에 대한 반응으로부터 내생적인 시계를 구별하기 위해 고안된 최초의 실험을 실시했습니다.그는 미모사 푸디카 식물의 잎의 움직임에서 24시간 패턴이 식물이 지속적으로 [8][9]어둠 속에 있을 때에도 지속된다는 것을 지적했습니다.

1896년 패트릭과 길버트는 수면부족의 장기간 동안 졸음이 증가하고 약 24시간 [10]동안 감소한다는 것을 관찰했습니다.1918년 J.S. Szymanski는 동물들이 빛과 온도 [11]변화와 같은 외부 신호가 없을 때 24시간 활동 패턴을 유지할 수 있다는 것을 보여주었습니다.

20세기 초반에, 일주기 리듬은 벌들의 리듬감 있는 먹이를 주는 시기에 주목받았습니다.오귀스트 포렐(Auguste Forel), 잉게보르그 벨링(Ingeborg Beling), 오스카르 월(Oskar Wahl)은 이 리듬이 내생적인 [12]시계 때문인지 알아보기 위해 많은 실험을 했습니다.일주기 리듬의 존재는 1935년 두 명의 독일 동물학자 한스 칼무스와 에르빈 [13][14]뷔닝에 의해 초파리에서 독립적으로 발견되었습니다.

1954년 콜린 피텐드리에 의해 보고된 중요한 실험에서 드로소필라 슈도웁스쿠라의 에클로션(번데기가 성체로 변하는 과정)이 일주기적인 행동이라는 것을 증명했습니다.그는 온도가 에클로션 리듬에 중요한 역할을 하는 반면, 에클로션의 주기는 지연되었지만 온도가 [15][14]낮아졌을 때 멈추지 않는다는 것을 증명했습니다.

cycladian이라는 용어는 1959년 [16]프란츠 할베르그에 의해 만들어졌습니다.할버그(Halberg)의 원래 정의에 따르면:

"cycladian"이라는 용어는 약(약)과 사망(일)에서 유래되었습니다; 그것은 특정 생리 기간이 정확히는 아니더라도 24시간에 가깝다는 것을 암시하는 역할을 할 수 있습니다.여기서 "circadian"은 개별적으로 또는 평균적으로 24시간과 길든 짧든, 몇 분 또는 [17][18]몇 시간씩 다른 24시간 리듬에 적용될 수 있습니다.

1977년 국제연대기생물학회 지명위원회는 이 정의를 공식적으로 채택했습니다.

생체주기: 24 ± 4 시간 내에 1 주기의 빈도를 갖는 생물학적 변화 또는 리듬과 관련됨; 약 1 주기(약, 약) 및 사망(일 또는 24 시간).참고: 용어는 주파수가 24-h와 동기화되거나(허용 가능) 로컬 환경 시간 척도에서 비동기화되거나 자유 실행되는 등 약 24-h [19]사이클 길이의 리듬을 설명하며, 주기는 24-h와 약간 다르지만 일관성 있게 다릅니다.

론 코놉카와 시모어 벤저는 1971년 드로소필라에서 최초의 시계 돌연변이를 발견했고, 행동 [20]리듬성의 최초로 발견된 유전적 결정 요인인 유전자를 "주기" (per) 유전자라고 이름 지었습니다.유전자 당 유전자는 1984년 두 팀의 연구원들에 의해 분리되었습니다.Konopka, Jeffrey Hall, Michael Roshbash와 그들의 팀은 회음부가 일주기 리듬의 중심이며, 회음부의 손실이 일주기 [21][22]활동을 멈춘다는 것을 보여주었습니다.동시에, 마이클 영(Michael W. Young)의 팀은 per의 유사한 효과를 보고했고, 그 유전자는 X 염색체의 7.1 킬로베이스(kb) 간격을 가지며 4.5 kb 폴리([23][24]A)+ RNA를 암호화한다고 밝혔습니다.그들은 드로소필라 생체계의 핵심 유전자와 뉴런을 발견했고, 홀, 로스배시와 영은 2017년 [25]노벨 생리학·의학상을 수상했습니다.

조셉 다카하시는 1994년 [26][27]쥐를 이용해 포유류의 생체 시계 돌연변이(CLOCKⅡ19)를 최초로 발견했습니다.그러나, 최근의 연구들은 시계의 삭제가 리듬 [28][29]생성에 있어서 시계의 중요성에 의문을 제기하는 행동 표현형(동물들은 여전히 정상적인 일주기 리듬을 가지고 있음)으로 이어지지 않는다는 것을 보여줍니다.

최초의 인간 시계 돌연변이는 크리스 존스(Chris Jones)에 의해 유타주의 확장된 가족에서 확인되었으며, 푸잉후(Ying-Hui Fu)와 루이 프타섹(Louis Ptacek)에 의해 유전적으로 특징지어집니다.영향을 받는 사람들은 4시간의 수면과 다른 리듬을 가진 극도의 '아침 종달새'입니다.이 형태의 가족성 진행 수면기 증후군은 인간 PER2 단백질에서 단일 아미노산 변화인 S662➔G에 의해 발생합니다.

기준

생체 리듬을 생체 리듬이라고 부르기 위해서는 다음 세 가지 일반적인 [32]기준을 충족해야 합니다.

  1. 리듬은 약 24시간 동안 지속되는 내생적인 자유 주행 기간을 가지고 있습니다.리듬은 약 24시간의 주기로 일정한 조건, 즉 일정한 어둠 속에서 지속됩니다.일정한 조건에서 리듬의 주기를 자유 주행 기간이라고 하며 그리스 문자 τ(타우)로 표시합니다.이 기준의 근거는 일별 외부 신호에 대한 단순한 반응과 일별 리듬을 구별하는 것입니다.리듬은 외부의 주기적인 입력이 없는 상태에서 테스트되고 지속되지 않는 한 내생성이라고 할 수 없습니다.낮 시간에 활동하는 주행성 동물(낮 시간에 활동하는 동물)에서는 일반적으로 τ가 24시간보다 약간 큰 반면, 야행성 동물(밤에 활동하는 동물)에서는 일반적으로 τ가 24시간보다 짧습니다.
  2. 리듬은 훈련하기 쉽습니다.리듬은 외부 자극(빛과 열 등)에 노출됨으로써 재설정될 수 있는데, 이 과정을 엔트레인먼트라고 합니다.리듬을 짜기 위해 사용되는 외부 자극은 자이트게버(zeitgeber) 또는 "시간을 주는 사람"이라고 불립니다.시간대를 가로질러 여행하는 것은 인간의 생체 시계가 현지 시간에 적응하는 능력을 보여줍니다; 사람들은 보통 생체 시계의 적응이 현지 시간과 동기화되기 전에 시차를 경험할 것입니다.
  3. 리듬은 온도 보상을 보여줍니다.다시 말해서, 그들은 생리적 온도 범위에 걸쳐 일주기성을 유지합니다.많은 유기체들이 광범위한 온도에서 살고 있고, 열 에너지의 차이는 세포 내의 모든 분자 과정의 운동학에 영향을 미칠 것입니다.시간을 추적하기 위해, 유기체의 생체 시계는 온도 보상으로 알려진 성질인 변화하는 운동학에도 불구하고 대략 24시간의 주기성을 유지해야 합니다.Q 온도 계수는10 이러한 보상 효과의 척도입니다.온도가 증가함에10 따라 Q 계수가 약 1로 유지되는 경우 리듬은 온도 보상된 것으로 간주됩니다.

기원.

생체 리듬은 생물체가 정확하고 규칙적인 환경 변화를 예측하고 대비할 수 있도록 해줍니다.따라서 그들은 유기체가 그러한 가용성을 예측할 수 없는 것에 비해 환경 자원(예: 빛과 음식)을 더 잘 활용할 수 있도록 합니다.따라서 일주기 리듬이 생물체를 진화론적 측면에서 선택적 우위에 놓이게 한다고 제안되어 왔습니다.하지만, 리듬감은 내부의 대사 과정을 조절하고 조정하는 데 있어서,[33] 환경과 조정하는 데 있어서만큼 중요한 것으로 보입니다.이것은 수백 세대에 걸쳐 일정한 실험실 [34]환경에서 초파리의 일주기 리듬을 유지하는 것과 야생의 일정한 어둠 속에 있는 생물의 일주기 리듬을 유지하는 것(상속성), [35][36]메추라기의 행동적이지만 생리적이지 않은 일주기 리듬을 실험적으로 제거하는 것에 의해 제안됩니다.

일주기 리듬이 진화하도록 만든 것은 수수께끼 같은 질문이었습니다.이전의 가설들은 낮 동안 높은 수준의 해로운 자외선으로부터 복제 DNA를 보호하기 위한 목적으로 감광성 단백질과 생체 리듬이 가장 초기의 세포에서 함께 유래되었을 수 있다는 것을 강조했습니다.결과적으로 복제는 어둠 속으로 밀려났습니다.그러나, 이것에 대한 증거는 부족합니다: 사실 일주기 리듬을 가진 가장 단순한 유기체인 시아노박테리아는 이것과 반대의 일을 합니다: 그것들은 [37]낮에 더 많이 분열합니다.최근의 연구들은 대신 대략 23억년 [1][4]전의 대산화 사건 이후, 생활의 세 영역 모두에서 레독스 단백질과 생체 진동자의 공진화의 중요성을 강조하고 있습니다.현재의 견해는 환경적 산소 수준의 일주기적 변화와 낮이 있는 곳에서 활성 산소종(ROS)의 생성이 일주기적으로 산화 환원 반응을 예방하고 이에 대항하기 위해 일주기적 리듬을 진화시킬 필요성을 유발했을 가능성이 높다는 것입니다.

알려진 가장 간단한 생체시계는 원핵생물인 시아노박테리아가 대표적인 박테리아 생체리듬입니다.최근의 연구는 Synechococcus elongatus의 생체 시계가 그들의 중심 진동자의 세 단백질 (KaiA, KaiB,[38] KaiC) 만으로 시험관에서 재구성될 수 있다는 것을 보여주었습니다.이 시계는 ATP를 첨가하면 며칠에 걸쳐 22시간의 리듬을 유지하는 것으로 나타났습니다.원핵생물 생체시계에 대한 이전의 설명은 DNA 전사/번역 피드백 [citation needed]메커니즘에 의존했습니다.

수면장애 FASPS(Family advanced sleep phase syndrome)의 원인으로 Drosophila "period" 유전자의 인간 상동어(human homologue)의 결함이 확인되어 진화를 통해 분자 생체시계의 보존된 특성을 강조했습니다.생체 시계의 더 많은 유전적인 구성 요소들이 현재 알려져 있습니다.그들의 상호작용은 유전자 생성물의 연동된 피드백 루프를 초래하여 신체의 세포가 [39]하루 중 특정한 시간으로 해석하는 주기적인 변동을 초래합니다.

분자 생체 시계가 하나의 세포 안에서 작동할 수 있다는 것은 이제 알려져 있습니다.즉,[40] 그것은 세포자율적입니다.이것은 분리된 연체동물 기저 망막 뉴런(BRNs)[41]에서 유전자 블록에 의해 보여졌습니다.동시에 서로 다른 셀이 서로 통신하여 전기적 신호의 출력이 동기화될 수 있습니다.이것들은 호르몬의 주기적인 방출을 야기하기 위해 뇌의 내분비선과 상호작용할 수 있습니다.이 호르몬들의 수용체는 몸의 먼 곳에 위치하고 다양한 기관들의 주변 시계들을 동기화시킬 수 있습니다.그러므로, 눈에 의해 전달되는 하루의 시간 정보는 뇌의 시계로 이동하고, 그것을 통해, 신체의 나머지 부분의 시계들은 동기화될 수 있습니다.이것은 예를 들어, 수면/잠, 체온, 갈증, 식욕의 타이밍이 생체 [42][43]시계에 의해 조정되는 방법입니다.

동물의 중요성

인간을 포함한 동물들의 수면 및 먹이 패턴에는 일주기 리듬이 존재합니다.또한 심부 체온, 뇌파 활동, 호르몬 생성, 세포 재생, 그리고 다른 생물학적 활동들의 명확한 패턴들이 있습니다.또한, 낮 또는 밤의 길이에 대한 유기체의 생리적 반응인 광주기증은 동식물 모두에게 필수적이며, 일주기계는 낮의 길이를 측정하고 해석하는 역할을 합니다.계절적인 계절의 날씨 상태, 먹이 이용 가능성 또는 포식자 활동의 시기를 적시에 예측하는 것은 많은 종의 생존에 중요합니다.유일한 매개변수는 아니지만, 광주기의 변화 길이(일 길이)는 생리 및 행동의 계절적 시기, 특히 이동, 동면 및 [44]번식 시기에 대한 가장 예측 가능한 환경적 단서입니다.

일주기 장애의 영향

쥐의 시계 유전자의 돌연변이나 결실은 세포/대사 사건의 적절한 타이밍을 보장하기 위한 신체 시계의 중요성을 보여주었습니다; 시계 돌연변이 쥐는 초증상자이고 비만이며, 포도당 [45]대사에 변화가 있습니다.쥐의 경우 Rev-ErbA 알파 시계 유전자를 삭제하면 다이어트로 인한 비만이 발생할 수 있고 포도당과 지질 활용의 균형을 [46]변화시켜 당뇨병에 걸리기 쉽습니다.그러나 인간의 시계 유전자 다형성과 대사증후군을 [47][48]일으키는 민감성 사이에 강한 연관성이 있는지는 확실하지 않습니다.

명암주기의 영향

리듬은 명암의 주기와 연결되어 있습니다.인간을 포함한 동물들은 오랜 시간 동안 완전한 어둠 속에 갇혀 있다가 결국 자유롭게 달리는 리듬으로 기능합니다.그들의 수면 주기는 그들의 내생 기간인 "하루"가 24시간보다 짧은지 혹은 긴지에 따라 "하루"로 미뤄지거나 앞당겨집니다.매일 리듬을 재설정하는 환경적 신호는 자이트게버라고 [49]불립니다.완전 맹인 지하 포유류(예: 맹인 두더지쥐 Spalax sp.)는 외부 자극이 분명히 없을 때 내인성 시계를 유지할 수 있습니다.비록 그들은 이미지를 형성하는 눈이 부족하지만, (빛을 감지하는) 그들의 감광체는 여전히 기능적입니다;[page needed][50] 그것들은 주기적으로 표면을 드러내기도 합니다.

일반적으로 하나 또는 두 개의 통합 수면 에피소드를 가진 자유롭게 달리는 유기체는 외부 신호로부터 보호되는 환경에 있을 때 여전히 그것들을 갖지만, 리듬은 자연의 24시간 명암 주기에 맞추어져 있지 않습니다.이러한 상황에서 수면-깨어난 리듬은 대사,[51] 호르몬, CNS 전기 또는 신경 전달 물질 리듬과 같은 다른 일주기 또는 초주기 리듬과 위상이 어긋날 수 있습니다.

최근의 연구는 명암 주기를 모방한 시스템이 [unreliable medical source?][52]우주 비행사들에게 매우 유용하다는 것이 밝혀지면서 우주선 환경의 설계에 영향을 미쳤습니다.가벼운 치료는 수면장애 치료법으로 시도되고 있습니다.

북극 동물

트롬쇠 대학의 노르웨이 연구원들은 일부 북극 동물들(예: 프타미건, 순록)이 일 년 중 매일 일출과 일몰이 있는 부분에만 일주 리듬을 나타낸다는 것을 보여주었습니다.순록을 대상으로 한 한 연구에서, 북위 70도의 동물들은 가을, 겨울, 봄에 일주기 리듬을 보였으나, 여름에는 그렇지 않았습니다.북위 78도의 스발바르 섬의 순록들은 가을과 봄에만 그런 리듬을 보였습니다.연구원들은 다른 북극 동물들도 여름의 끊임없는 빛과 [53]겨울의 끊임없는 어둠 속에서 일주기 리듬을 보여주지 못할 수도 있다고 의심하고 있습니다.

2006년 알래스카 북부에서 실시된 연구에서는 낮에 사는 땅다람쥐와 야행성 호저들이 82일 밤낮으로 햇빛이 내리쬐는 동안 엄격하게 일주기 리듬을 유지한다는 사실을 발견했습니다.연구자들은 이 두 설치류들이 태양과 지평선 사이의 겉보기 거리가 하루에 한 번씩 가장 짧다는 것을 알아차리고,[54] 따라서 (적응) 하기에 충분한 신호를 가지고 있다고 추측합니다.

나비와 나방

북아메리카 동부 왕나비(Danaus plexippus)의 가을 이동을 멕시코 중부의 월동지로 항해하는 것은 더듬이에 [55][56]있는 일주기 시계에 의존하는 시간 보상 태양 나침반을 사용합니다.일주기 리듬은 또한 암컷이 수컷 일주기 리듬을 유인하고 재설정하여 [57]밤에 짝짓기를 유도하는 특정 페로몬을 생성하는 Spodoptera littoralis와 같은 특정 나방 종에서 짝짓기 행동을 조절하는 것으로 알려져 있습니다.

식물에서

밤낮없이 잠자는 나무

식물의 일주기 리듬은 꽃가루 매개자를 유인할 수 있는 가장 좋은 기회를 위해 식물이 어떤 계절이고 언제 꽃을 피워야 하는지를 알려줍니다.리듬을 보여주는 행동에는 [58]잎의 움직임(Nyctinasty), 성장, 발아, 기공/가스 교환, 효소 활동, 광합성 활동, 그리고 향기 배출 등이 포함됩니다.일주기 리듬은 식물이 주변 환경의 빛의 순환과 동기화되도록 하는 과정에서 발생합니다.이러한 리듬은 내생적으로 생성되고 자생하며 주변 온도 범위에서 비교적 일정합니다.중요한 특징은 두 가지 상호 작용하는 전사-번역 피드백 루프, 즉 단백질-단백질 상호 작용을 촉진하는 PAS 도메인을 포함하는 단백질, 그리고 시계를 다른 빛의 조건으로 미세 조정하는 여러 광 수용체를 포함합니다.환경의 변화에 대한 예측은 식물의 생리적 상태에 적절한 변화를 허용하여 적응적인 [59]장점을 부여합니다.식물의 순환 리듬에 대한 더 나은 이해는 농부들이 농작물 수확을 비틀어 농작물 이용 가능성을 연장하고 날씨로 인한 막대한 손실을 방지하는 것과 같은 농업에 적용됩니다.

빛은 식물이 자신의 내부 시계를 자신의 환경과 동기화하는 신호이며 다양한 광 수용체에 의해 감지됩니다.적색과 청색의 빛은 여러 가지 색색소와 암호색소를 통해 흡수됩니다.파이토크롬 A, phyA는 빛이 부족할 [60]때 발아와 탈에틸화를 가능하게 해줍니다.파이토크롬 B-E는 빛을 받아 자란 묘목의 주요 파이토크롬인 파이토크롬 B와 함께 더 안정적입니다.크립토크롬(cryptochrome) 유전자는 또한 생체 시계의 빛에 민감한 구성 요소이며, 광 수용체로서 그리고 시계의 내생적인 심장박동기 메커니즘의 일부로서 모두 관여하는 것으로 생각됩니다.크립토크롬 1–2 (파란색 관련-UVA)는 모든 범위의 빛 [58][59]조건을 통해 시계의 주기 길이를 유지하도록 도와줍니다.

Graph showing two pairs of rhythmic timeseries, peaking at alternating times of day, over six, 24-hour cycles.
생체 기자 유전자의 생물발광 이미징의 시계열 데이터를 보여주는 그래프.Arabidopsis thaliana의 형질전환 묘목은 12시간 빛의 3주기 아래에서 CCD 카메라에 의해 영상화되었습니다. 12시간 어둠에 이어 3일 일정한 빛(96시간부터).그들의 게놈은 시계 유전자의 촉진 서열에 의해 움직이는 반딧불이 루시퍼라제 기자 유전자를 운반합니다.61번(빨간색)과 62번(파란색) 모종의 신호는 CCA1 유전자의 전사를 반영하며, 점등 후에 정점을 찍습니다(48h, 72h 등).64(연회색) 및 65(청록색) 묘목은 TOC1을 반영하며, 소등 전에 정점을 찍습니다(36시간, 60시간 등).타임시리즈는 살아있는 식물의 유전자 발현의 24시간 주기 리듬을 보여줍니다.

중앙 오실레이터는 자체적인 리듬을 생성하고 하루 중 서로 다른 시간에 활성화되는 두 개의 상호작용 피드백 루프에 의해 구동됩니다.아침 루프는 Arabidopsis에서 일주기 리듬을 조절하는 밀접하게 관련된 MYB 전사 인자를 인코딩하는 CCA1(Circadian and Clock-Associated 1) 및 LHY(Late Silonged Hypocotyl) 및 PRR 7 및 9(Pseudo-Response Regulators)로 구성됩니다.저녁 루프는 GI(Gigantea)와 ELF4로 구성되어 있으며, 둘 다 개화 시간 [61][62]유전자의 조절에 관여합니다.CCA1과 LHY가 과발현되면(일정한 빛 또는 어두운 조건에서) 식물은 부정맥이 되고 mRNA 신호는 감소하여 음의 피드백 루프에 기여합니다.CCA1과 LHY의 유전자 발현은 이른 아침에 진동하고 정점에 이르는 반면, TOC1의 유전자 발현은 이른 저녁에 진동하고 정점에 이릅니다.이전에 이 세 유전자는 과발현된 CCA1 및 LHY가 TOC1을 억제하고 과발현된 TOC1이 CCA1 및 LHY의 [59]양성 조절자인 음성 피드백 루프를 모델링하는 것으로 가정되었으나, 실제로 TOC1이 CCA1, LHY뿐만 아니라 억제자 역할을 한다는 것은 2012년 앤드류 밀러(Andrew Millar) 등에 의해 밝혀졌습니다.그리고 아침 루프에서는 PRR7과 9, 그리고 저녁 루프에서는 GI와 ELF4.이러한 발견과 TOC1 유전자 기능 및 상호 작용에 대한 추가 계산 모델링은 [63]포유류의 시계를 특징짓는 양/음-요소 피드백 루프가 아닌 삼중 음-요소 재응축기 모델로 식물 생체 시계의 재구성을 제안합니다.

2018년, 연구자들은 PRR5 및 TOC1 hnRNA 초기 전사체의 표현이 A. thaliana에서 처리된 mRNA 전사체와 동일한 진동 패턴을 따른다는 것을 발견했습니다.LNKs는 PRR5 및 TOC1의 5' 영역에 결합하고 RNAP II 및 다른 전사 인자와 상호 작용합니다.더욱이, RVE8-LNKs 상호작용은 허용적인 히스톤-메틸화 패턴(H3K4me3)이 수정될 수 있게 하고 히스톤-수정 자체는 시계 유전자 [64]발현의 진동과 유사합니다.

이전에 식물의 일주기 리듬을 외부 환경의 명암 주기와 일치시키는 것이 식물에 [65]긍정적인 영향을 줄 가능성이 있다는 것이 밝혀졌습니다.연구원들은 아라비놉시스 탈리아나(Arabidopsis thaliana)의 세 가지 다른 품종에 대한 실험을 수행함으로써 이러한 결론에 도달했습니다.이 품종들 중 하나는 정상적인 24시간의 [65]일주기를 가지고 있었습니다.다른 두 가지 품종은 변이되었는데, 하나는 27시간 이상의 일주기를, 그리고 하나는 20시간 이상의 일주기를 [65]갖는 것이었습니다.

24시간 순환 주기를 가진 아라비놉시스는 세 가지 다른 [65]환경에서 성장되었습니다.이 중 하나의 환경은 20시간의 명암주기(광 10시간 및 암 10시간)를, 다른 하나는 24시간의 명암주기(광 12시간 및 암 12시간)를, 마지막 환경은 28시간의 명암주기(광 14시간 [65]및 암 14시간)를 가졌습니다.두 돌연변이 식물은 20시간의 명암주기를 가진 환경과 [65]28시간의 명암주기를 가진 환경에서 모두 자랐습니다.24시간 일주기 리듬 주기를 갖는 아라비놉시스의 품종은 24시간 명암 [65]주기를 갖는 환경에서 가장 잘 자라는 것으로 나타났습니다.전반적으로, Arabidopsis thaliana의 모든 품종들은 그들의 일주기 [65]리듬과 밝고 어두운 주기가 일치하는 환경에서 더 많은 수준의 엽록소를 가지고 있고 증가된 성장을 가지고 있다는 것이 발견되었습니다.

연구원들은 그 이유가 아라비놉시스의 일주기 리듬을 주변 환경과 일치시키면 식물이 새벽과 황혼에 더 잘 준비될 수 있고,[65] 따라서 식물의 과정을 더 잘 동기화시킬 수 있기 때문이라고 제안했습니다.이번 연구에서는 엽록소 조절에 도움을 주는 유전자가 [65]새벽녘 몇 시간 후에 절정에 이른다는 사실도 밝혀졌습니다.이것은 대사 [66]여명으로 알려진 제안된 현상과 일치하는 것으로 보입니다.

대사 여명 가설에 따르면 광합성에 의해 생성된 당은 일주기 리듬과 특정한 광합성 및 대사 [66][67]경로를 조절하는 데 도움을 주는 잠재력을 가지고 있습니다.해가 뜨면, 더 많은 빛을 이용할 수 있게 되고, 이것은 보통 더 많은 광합성을 [66]가능하게 합니다.광합성에 의해 생성된 당은 PRR7을 [68]억제합니다.PRR7의 이러한 억제는 CCA1의 [68]증가된 발현으로 이어집니다.반면 광합성 당의 감소는 PRR7 발현을 증가시키고 CCA1 [66]발현을 감소시킵니다.CCA1과 PRR7 사이의 이 피드백 루프는 대사의 [66][69]새벽을 야기하기 위해 제안된 것입니다.

드로소필라에서

주요 기사:드로소필라 일주기 리듬
포유류와 드로소필라 뇌의 핵심 중심(A)과 드로소필라의 일주기 시스템(B).

생체 리듬과 빛의 인지의 분자적 메커니즘은 드로소필라에서 가장 잘 이해됩니다.시계 유전자는 드로소필라(Drosophila)로부터 발견되었으며, 시계 뉴런과 함께 작용합니다.두 가지 독특한 리듬이 있는데, 하나는 번데기에서 부화하는 과정에서, 다른 하나는 [70]짝짓기를 하는 과정에서입니다.시계 뉴런은 중추 뇌에 뚜렷한 군집을 이루고 있습니다.가장 잘 알려진 시계 뉴런은 시신경의 크고 작은 측방 복측 뉴런(l-LNvs 및 s-LNvs)입니다.이 뉴런들은 서로 다른 시계 뉴런들 [71]사이에서 일주기 신경 조절자 역할을 하는 신경 펩타이드인 색소 분산 인자(PDF)를 생산합니다.

Drosophila 일주기 리듬 동안 시계 유전자와 단백질의 분자적 상호작용

드로소필라 일주기 리듬은 전사-번역 피드백 루프를 통해 이루어집니다.코어 클럭 메커니즘은 PER/TIM 루프와 CLK/CYC [72]루프라는 두 개의 상호의존적 피드백 루프로 구성됩니다.CLK/CYC 루프는 낮 동안 발생하며 퍼 및 팀 유전자의 전사를 시작합니다.하지만 낮 동안에는 dbt 유전자를 활성화시키기 때문에, 그들의 단백질 수준은 해질녘까지 낮게 유지됩니다.DBT 단백질은 단량체 PER [73][74]단백질의 인산화 및 회전을 야기합니다.TIM은 또한 해질 때까지 덥수룩한 상태로 인산화됩니다.해가 진 후에는 DBT가 사라져서 PER 분자가 TIM에 안정적으로 결합합니다. PER/TIM 이량체는 밤에 여러 개의 핵으로 들어가 CLK/CYC 이량체와 결합합니다.Bound PER는 CLK와 CYC의 [75]전사 활동을 완전히 중단시킵니다.

이른 아침에 빛은 크라이 유전자를 활성화시키고 그 단백질인 크라이는 TIM의 분해를 일으킵니다.따라서 PER/TIM 이량체는 해리되고, 결합되지 않은 PER는 불안정해집니다.PER은 점진적인 인산화와 궁극적으로 분해를 겪습니다.PER와 TIM의 부재는 clk와 cyc 유전자의 활성화를 가능하게 합니다.따라서 시계는 다음 생체 주기를 [76]시작하도록 재설정됩니다.

PER-TIM 모형

이 단백질 모델은 드로소필라([77]Drosophila)에서 PER 및 TIM 단백질의 진동을 기반으로 개발되었습니다.PER 유전자와 단백질이 생체 [78]시계에 어떻게 영향을 미치는지 설명된 PER 모델을 기반으로 합니다.이 모델은 PER 및 TIM 유전자의 전사에 영향을 미치는 핵 PER-TIM 복합체의 형성(부정적 피드백 제공)과 이 두 단백질의 다중 인산화를 포함합니다.이 두 단백질의 일주기 진동은 비록 그것들이 반드시 그것에 [79][77]의존하지는 않더라도 명암의 주기와 일치하는 것처럼 보입니다.PER와 TIM 단백질은 모두 인산화되고 PER-TIM 핵 복합체를 형성한 후 핵 안으로 돌아와 PER와 TIM mRNA의 발현을 막습니다.이 억제는 단백질이 [77]분해되지 않는 한 지속됩니다.이런 일이 일어나면, 복합체는 억제제를 방출합니다.여기서 TIM 단백질의 분해가 [79]빛에 의해 빨라진다는 것도 언급할 수 있습니다.

포유류에서

빛과 어둠이 생체리듬에 미치는 영향과 인간의 초경질핵을 통한 관련 생리학적 행동을 보여주는 에스키노그램 변형

포유류의 주요 생체 시계는 시상하부에 위치한 한 쌍의 구별된 세포 그룹인 시상하부핵(또는 핵)(SCN)에 위치합니다.SCN이 파괴되면 규칙적인 수면-깨어남 리듬이 전혀 없습니다.SCN은 눈을 통해 조명에 대한 정보를 수신합니다.눈의 망막에는 기존의 시력에 사용되는 "고전적인" 광 수용체 ("rod"와 "cones")가 포함되어 있습니다.그러나 망막은 또한 직접적으로 감광성이고 SCN에 직접 투영되는 특수 신경절 세포를 포함하고 있으며, 여기서 그들은 이 마스터 생체 시계의 동기화(동기화)에 도움을 줍니다.SCN 시계에 관련된 단백질은 [80]초파리에서 발견되는 단백질과 상동입니다.

이 세포들은 색소 멜라놉신을 포함하고 있고 그들의 신호는 레티노히포탈라믹트랙트라고 불리는 경로를 따라 SCN으로 이어집니다.SCN에서 세포를 제거하고 배양하면 외부 신호가 [81]없을 때도 고유의 리듬을 유지합니다.

SCN은 망막에서 낮과 밤의 길이에 대한 정보를 받아 해석한 후 송과체 모양의 작은 구조물인 송과체에 전달합니다.이에 대한 반응으로 송과체는 멜라토닌 [82]호르몬을 분비합니다.멜라토닌의 분비는 밤에 최고조에 달하고 낮에는 감소하는데, 멜라토닌의 존재는 밤의 길이에 대한 정보를 제공합니다.

몇몇 연구들은 피네알 멜라토닌이 SCN 리듬성을 피드백하여 일주기적인 활동 패턴과 다른 과정들을 조절한다는 것을 나타냈습니다.그러나 이 피드백의 성격과 시스템 수준의 중요성은 [83]알려지지 않았습니다.

인간의 일주기 리듬은 지구의 24시간보다 약간 더 짧고 더 긴 시간에 걸쳐 변형될 수 있습니다.하버드의 연구원들은 인간 실험 대상들이 적어도 23.5시간의 주기와 24.65시간의 [84]주기에 만족할 수 있다는 것을 보여주었습니다.

인간

눈이 태양으로부터 빛을 받으면 송과선의 멜라토닌 생성이 억제되고 생성된 호르몬이 인간의 잠을 깨게 합니다.눈이 빛을 받지 못하면 송과샘에서 멜라토닌이 생성되고 인간은 피로해집니다.
참고 항목:수면 ② 주기시계, 위상응답곡선 ③ 빛

일주기 리듬에 대한 초기 연구는 대부분의 사람들이 낮과 시간 기록과 같은 외부 자극으로부터 고립되었을 때 25시간에 가까운 하루를 선호한다고 시사했습니다.하지만, 이 연구는 참가자들을 인공 빛으로부터 보호하는데 실패했기 때문에 실패했습니다.피실험자들은 시계와 같은 시간 신호와 햇빛으로부터 보호되었지만, 연구원들은 실내 [85][dubious – discuss]전등의 위상 지연 효과에 대해서는 알지 못했습니다.피실험자들은 깨어 있을 때는 불을 켜고 자고 싶을 때는 불을 끄도록 허락 받았습니다.저녁에 전등이 켜지면서 그들의 생체 [86]주기가 지연되었습니다.1999년 하버드 대학에서 실시한 더 엄격한 연구는 자연적인 인간의 [87]리듬이 태양일에 훨씬 더 가까운 24시간 11분에 가까울 것이라고 추정했습니다.이 연구와 일치하는 것은 2010년의 더 최근의 연구로, 성별 차이도 확인되었으며, 여성의 일주기 기간은 남성의 일주기 기간(24.19시간)[88]보다 약간 짧습니다.이 연구에서 여성이 남성보다 일찍 일어나고 남성보다 더 큰 아침 활동 선호도를 보이는 경향이 있지만, 이러한 차이의 근본적인 생물학적 메커니즘은 [88]알려져 있지 않습니다.

생물학적 표지자 및 효과

포유류의 생체 리듬의 타이밍을 측정하는 대표적인 위상 지표는 다음과 같습니다.

온도 연구를 위해 피험자들은 깨어 있어야 하지만 거의 어둠 속에서 차분하고 반쯤 기울어져야 합니다. 직장 온도가 지속적으로 측정되는 동안 말이죠.정상적인 크로노타입 중에서도 변이가 크지만, 평균적인 성인의 체온은 습관적인 기상 시간 약 2시간 전인 오전 5시경에 최저치에 도달합니다.Baehr et al.[91] 은 젊은 성인의 경우 아침형의 경우 하루 최저 체온이 약 04:00(오전 4시)에 발생하였으나 저녁형의 경우 약 06:00(오전 6시)에 발생하였음을 발견하였습니다.이는 아침형의 경우 약 8시간 수면 기간의 중간에 발생했지만 저녁형의 경우에는 깨어나는 시간에 더 가까웠습니다.

멜라토닌은 시스템에서 빠져 있거나 낮 동안 감지할 수 없을 정도로 낮습니다.희미한 빛, 희미한 빛의 멜라토닌 시작(DLMO)은 약 21시(오후 9시)에 혈액 또는 타액에서 측정할 수 있습니다.주요 대사 물질은 아침 소변으로도 측정이 가능합니다.DLMO와 혈액 또는 타액에 호르몬이 존재하는 중간 지점(시간상)은 모두 생체 지표로 사용되어 왔습니다.그러나, 새로운 연구에 따르면 멜라토닌 오프셋이 더 신뢰할 수 있는 마커가 될 수 있다고 합니다.Benlucif et al.[89] 은 멜라토닌 위상표지자가 중심온도 최소치보다 더 안정적이고 수면시기와 더 높은 상관관계를 가지고 있음을 발견했습니다.그들은 수면 오프셋과 멜라토닌 오프셋 모두 수면 시작보다 위상 표시기와 더 강한 상관관계가 있다는 것을 발견했습니다.또한 멜라토닌 수치의 감소 단계는 멜라토닌 합성의 종료 단계보다 더 신뢰할 수 있고 안정적입니다.

생체 리듬에 따라 발생하는 다른 생리학적 변화에는 심장 박동수와 많은 세포 과정이 포함됩니다. "산화 스트레스, 세포 대사, 면역 및 염증 반응,[92] 후생유전학적 변형, 저산소/고산소 반응 경로, 소포체 스트레스, 자가포식, 그리고 줄기세포 [93]환경의 조절을 포함합니다."젊은 남성들을 대상으로 한 연구에서, 심박수는 수면 중에 가장 낮은 평균 심박수에 도달하고,[94] 잠에서 깬 직후에 가장 높은 평균 심박수에 도달하는 것으로 나타났습니다.

기존 연구와 달리 심리검사에서는 체온이 수행능력에 미치는 영향이 없는 것으로 나타났습니다.이것은 이전 [95]연구에서 조사된 다른 영역의 기능에 비해 더 높은 인지 기능에 대한 진화적 압력 때문일 가능성이 있습니다.

"마스터 시계" 바깥쪽

독립적인 생체 리듬은 신체의 많은 기관과 세포에서 "마스터 시계"인 초경질핵(SCN) 밖에서 발견됩니다.실제로 신경과학자 조셉 다카하시(Joseph Takahashi)와 동료들은 2013년 기사에서 "몸의 거의 모든 세포가 일주기 [96]시계를 가지고 있다"고 말했습니다.예를 들어, 말초 진동기라고 불리는 이 시계들은 부신, 식도, 폐, 간, 췌장, 비장, 흉선, 그리고 [97][98][99]피부에서 발견됩니다.적어도 배양되었을 때 후각[100] 전구와 전립선이[101] 진동을 경험할 수 있다는 증거도 있습니다.

피부의 진동자는 빛에 반응하지만, 시스템적인 영향은 [102]증명되지 않았습니다.게다가, 예를 들어 간세포와 같은 많은 발진기들은 [103]공급과 같은 빛 이외의 입력에 반응하는 것으로 나타났습니다.

빛과 생체시계

자세한 정보:일주기 리듬에 대한 빛의 영향

빛은 위상 응답 곡선(PRC)에 따라 생체 시계를 재설정합니다.타이밍에 따라, 빛은 일주기 리듬을 진행시키거나 지연시킬 수 있습니다.PRC와 필요한 조도 모두 종에 따라 다르며,[104] 사람보다 야행성 설치류에서 시계를 재설정하기 위해서는 더 낮은 수준의 빛이 필요합니다.

더 긴 주기 또는 더 짧은 주기로 시행

인간에 대한 다양한 연구는 1938년 나다니엘 클라이트만(28시간)과 1990년대 Derk-Jan Dijk and Charles Czisler(20시간)에 수행된 것과 같이 24시간과는 매우 다른 강제 수면/잠자는 주기를 사용했습니다.정상적인(일반적인) 생체 시계를 가진 사람들은 그러한 비정상적인 주간/[105]야간 리듬에 적응할 수 없기 때문에, 이것을 강제 비동기 프로토콜이라고 합니다.그러한 프로토콜 하에서, 수면 및 각성 에피소드는 신체의 내생적인 일주기와 연결되지 않습니다. 이는 연구자들이 수면 지연 및 기타 기능을 포함한 수면 및 각성의 측면에 대한 일주기 단계(즉, 일주기의 상대적인 타이밍)의 영향을 평가할 수 있게 합니다. 생리적, 행동적,인지력도 있고요.[106][107][108][109][110]

연구들은 또한 사이클로사 터비나타가 독특한 점을 보여주는데, 그것의 기관차와 거미줄을 만드는 활동이 그것이 예외적으로 약 19시간의 짧은 주기의 일주기 시계를 갖도록 한다는 것입니다.C. turbinata 거미들이 19시간, 24시간, 또는 29시간 동안 빛과 어둠이 고르게 나뉘는 시간을 가진 방 안에 놓였을 때, 그 거미들 중 누구도 그들의 생체 시계에서 수명이 줄었다는 것을 보여주지 않았습니다.이러한 발견은 C. turbinata가 다른 종의 동물들처럼 극단적인 비동기화의 비용을 가지고 있지 않다는 것을 암시합니다.

인간이 적절한 수면을 취할 수 있는 능력의 측면에서 어떻게 일주기 리듬을 최적화할 수 있는지에 대해

인간건강

낮 동안의 짧은 낮잠은 생체 리듬에 영향을 주지 않습니다.

일주기의학의 기초

일주기 생물학 연구의 선도적인 분야는 기본적인 신체 시계 메커니즘을 임상 도구로 번역하는 것이며, 이것은 특히 심혈관 [111][112][113][114]질환의 치료와 관련이 있습니다.신체 시계와 함께 치료하는 시기, 즉 만성 치료법은 효과를 크게 증가시키고 약물 독성이나 이상 [115]반응을 줄임으로써 고혈압(고혈압) 환자에게도 도움이 될 수 있습니다.3) "Cycladian Pharmacology" 또는 생체 시계 메커니즘을 대상으로 하는 약물이 실험적으로 설치류 모델에서 심장마비로 인한 손상을 크게 줄이고 [116]심부전을 예방하는 것으로 나타났습니다.중요한 것은, 가장 유망한 Circadian Medicine 치료법을 임상 실습으로 합리적으로 번역하기 위해서는 생물학적 성별 모두에서 [117][118][119][120]질병을 치료하는 데 어떻게 도움이 되는지 이해하는 것이 필수적입니다.

순환 리듬의 교란 원인

실내조명

일주기 조절을 위한 조명 요구사항은 단순히 시각을 위한 조명 요구사항과 동일하지 않습니다. 사무실과 기관의 실내 조명 계획은 이를 [121]고려하기 시작했습니다.실험실 조건에서 빛의 영향에 대한 동물 연구는 최근까지 빛의 세기(복사광선)를 고려했지만 색은 고려하지 않았습니다. 이는 "보다 자연스러운 [122]환경에서 생물학적 타이밍의 필수 조절자 역할"을 한다는 것을 보여줄 수 있습니다.

청색 LED 조명은 주황색-황색 고압나트륨(HPS)[123] 조명보다 멜라토닌 생성을 5배 이상 억제하고, 백색광인 할로겐화 금속 램프는 멜라토닌을 HPS보다 3배 이상 억제합니다.장기간의 야간 빛 노출로 인한 우울증 증상은 정상 [124]주기로 복귀함으로써 회복될 수 있습니다.

항공사 조종사 및 객실 승무원

하루에 여러 시간대와 햇빛과 어둠의 지역을 넘나들며 밤낮으로 깨어있는 시간을 보내는 항공사 조종사들의 업무 특성상 인간의 자연스러운 생체 리듬에 해당하는 수면 패턴을 유지하지 못하는 경우가 많은데, 이러한 상황은 쉽게 피로로 이어질 수 있습니다.NTSB는 이것이 많은 [125]사고의 원인이 되었다고 언급하며,[126] 조종사들의 피로를 방지하기 위한 방법을 찾기 위해 여러 연구를 수행했습니다.

약물의 영향

동물과 인간 모두를 대상으로 한 연구는 일주기계와 학대 약물 사이의 주요한 양방향 관계를 보여줍니다.이러한 남용 약물은 중추신경계 심박동기에 영향을 준다는 것을 알 수 있습니다.물질 사용 장애가 있는 사람들은 리듬에 방해를 받습니다.이러한 교란된 리듬은 약물 남용과 재발의 위험을 증가시킬 수 있습니다.정상적인 수면 및 각성 주기에 대한 유전적 및/또는 환경 장애가 [127]중독에 대한 민감성을 증가시킬 수 있습니다.

일주기 리듬의 교란이 약물 남용에 대한 유병률의 증가에 원인이 있는지 또는 스트레스와 같은 다른 환경적 요인에 원인이 있는지 판단하기가 어렵습니다.한 개인이 약물과 알코올을 남용하기 시작하면 생체 리듬과 수면에 변화가 생깁니다.일단 개인이 약물과 알코올 사용을 중단하기로 결정하면, 생체 리듬은 계속해서 [127]방해를 받습니다.

수면과 생체 리듬의 안정은 중독에 대한 취약성을 줄이고 [127]재발 가능성을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

신경초핵 바깥의 뇌 영역에서 발현되는 생체 리듬과 시계 유전자는 [citation needed]코카인과 같은 약물에 의해 생성되는 효과에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.게다가, 시계 유전자의 유전자 조작은 코카인의 [128]행동에 깊은 영향을 미칩니다.

Circadian 리듬에 대한 파괴의 결과

파행각

자세한 정보:일주기 리듬 수면 장애

리듬의 교란은 보통 부정적인 영향을 미칩니다.많은 여행객들이 피로, 방향감각 상실, [129]불면증과 관련된 증상들과 함께 시차증으로 알려진 상태를 경험했습니다.

조울증과 지연 수면기 장애(DSPD)와 같은 일부 수면 장애와 같은 많은 다른 장애는 생체 [130][131]리듬의 불규칙적이거나 병리적인 기능과 관련이 있습니다.

장기적으로 리듬의 파괴는 뇌 외부의 말초 기관, 특히 심혈관 [132][133]질환의 발생 또는 악화에 상당한 악영향을 미치는 것으로 여겨집니다.

연구들은 정상적인 수면과 생체 리듬을 유지하는 것이 뇌와 [132]건강의 많은 측면에서 중요하다는 것을 보여주었습니다.많은 연구들은 또한 낮 동안의 짧은 수면 기간인 파워 낮잠이 스트레스를 감소시키고 정상적인 [134][135][136]생체 리듬에 어떠한 측정 가능한 영향 없이 생산성을 향상시킬 수 있다고 나타냈습니다.의식 상태를 유지하는 데 중요한 망막 활성화 시스템에도 일주기 리듬이 역할을 합니다.수면-잠에서 깨는 주기의 반전은[clarification needed] 요독증,[137] 아조혈증 또는 급성 신장 [138][139]손상의 징후 또는 합병증일 수 있습니다.연구들은 또한 빛이 일주기 [140]생물학에 미치는 영향을 통해 어떻게 인간의 건강에 직접적인 영향을 미치는지 설명하는 것을 도왔습니다.

심혈관질환과의 연관성

일주기 리듬의 파괴가 어떻게 심혈관 질환을 일으키는지를 규명한 최초의 연구 중 하나는 일주기 시계 [141]메커니즘에 유전적 결함이 있는 타우 햄스터에서 수행되었습니다.정상적인 22일 주기의 메커니즘과 "동기화되지 않은" 24시간의 암전 주기로 유지되었을 때, 그들은 심대한 심혈관 및 신장 질환이 생겼습니다. 그러나 타우 동물들이 매일 22시간의 암전 주기로 평생 동안 길러졌을 때, 그들은 건강한 심혈관 [141]시스템을 가지고 있었습니다.일주기의 오정렬이 인간의 생리에 미치는 악영향은 오정렬 [142][143]프로토콜을 사용하여 실험실에서 그리고 교대 [111][144][145]근무자를 연구함으로써 연구되었습니다.일주기 정렬 오류는 심혈관 질환의 많은 위험 요소와 관련이 있습니다.교대 근무자들에게서 높은 수치의 죽상경화 바이오마커인 레지스트인이 보고되었는데, 이는 일주기의 오정렬과 플라크가 [145]동맥에 축적되는 것 사이의 연관성을 보여줍니다.또한, 높은 트리아실글리세라이드 수치(과도한 지방산을 저장하는 데 사용되는 분자)가 관찰되었으며, 심장마비, 뇌졸중 및 [145][146]심장질환과 관련된 동맥경화에 기여합니다.교대 근무와 그로 인한 일주기의 어긋남 또한 [147]고혈압과 관련이 있습니다.

비만과 당뇨

비만과 당뇨병은 생활 양식과 유전적 요인과 관련이 있습니다.그러한 요인들 중에서, 일주기 시계의 파괴 및/또는 외부 환경(예: 명암 주기)과의 일주기 타이밍 시스템의 오정렬은 대사 [132]장애의 발달에 역할을 할 수 있습니다.

교대 근무나 만성적인 시차 적응은 신체의 일주기와 대사적 사건에 중대한 영향을 미칩니다.휴식 기간 동안 강제로 음식을 먹게 된 동물들은 체질량이 증가하고 시계와 대사 [148][146]유전자의 변화된 표현을 보여줍니다.인간의 경우 불규칙한 식사 시간을 선호하는 교대 근무는 인슐린 민감성 변화, 당뇨병 및 [147][146][149]체질량 증가와 관련이 있습니다.

암

일주기 정렬 오류는 암의 위험 증가와도 관련이 있습니다.쥐의 경우, 일주기의 오정렬로 인한 필수 시계 유전자인 Per2, Per1 유전자의 파괴가 쥐의 암세포 성장을 가속화하는 것으로 밝혀졌습니다.하지만, 이 유전자들과 암 사이의 연관성은 종류의 경로와 [150][151]관련된 유전자들에 의존합니다.교대 근무와 따라서 [152][153][154][155][151]인간의 유방암과 전립선암의 일주기 정렬 오류를 연관시키는 중요한 증거가 존재합니다.

인지 효과

인지기능의 저하는 일주기의 정렬 불량과 관련이 있습니다.만성적인 교대 근무자는 작동 오류율이 증가하고 시각 모터 성능 및 처리 효율이 저하되어 성능 저하 및 잠재적인 안전 [156]문제를 초래할 수 있습니다.치매 위험 증가는 주간 근무자, 특히 50세 [157][158][159]이상의 사람들에 비해 만성적인 야간 근무자와 관련이 있습니다.

사회와 문화

2017년 제프리 C. 홀, 마이클 W. 영, 마이클 로스배시는 생체 [160][161]리듬을 조절하는 분자 메커니즘을 발견한 공로로 노벨 생리학·의학상을 수상했습니다.

일주기 리듬은 과학적 지식이 공적 [162]영역으로 옮겨진 예로 들었습니다.

참고 항목

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