Circadian clocks in the mamalian brain: Are the supra-chiasmatic nuclei required for sustained oscillations in other brain areas?

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Zahlreiche physiologische Prozesse und Verhaltensmuster werden durch endogene biologische Rhythmen bestimmt, die eine Periode von ungefähr 24 Stunden aufweisen. Diese sogenannten circadianen Rhythmen synchronisieren zwar in der Regel mit zyklisch wiederkehrenden Umweltfaktoren, sie bleiben jedoch auch unter konstanten Bedingungen erhalten. Der circadiane Haupt-Schrittmacher der Säugetiere befindet sich im suprachiasmatischen Nukleus (SCN) des Hypothalamus und kontrolliert die Tagesrhythmik. Circadiane Oszillationen wurden jedoch auch in anderen neuronalen und nicht-neuronalen Geweben gefunden. Diese peripheren Oszillatoren zeigen eine verspätete Phasenlage im Verhältnis zum SCN und dämpfen, im Gegensatz zu den selbsterregten Oszillationen im SCN, schon nach wenigen Zyklen in vitro aus. Letzteres führte zu der Hypothese, dass die peripheren Oszillatoren im Säugerhirn den periodischen Input des SCN für die Aufrechterhaltung und Synchronisation ihrer circadianen Oszillationen auch in vivo benötigen. Der vorliegende Forschungsantrag soll diese Hypothese testen. Wir werden die circadiane Rhythmik in verschiedenen Hirnregionen der Ratte zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach SCN-Läsion untersuchen. Mit Hilfe einer Kombination aus Transkriptions-Reporter-Gen Biolumineszenzmessungen und Multi-Elektroden Ableitungen sollen diese Experimente dazu beitragen, die Rolle des SCN bei der Koordination rhythmischer Hirnfunktionen zu definieren, und unser Verständnis von der Kommunikation verschiedener Hirnbereiche miteinander zu erweitern. Zukünftige Experimente können darauf aufbauen und werden sich mit der Frage beschäftigen, ob und wie der SCN in der Lage ist, die circadiane Rhythmik in peripheren Hirngeweben in vitro wiederherzustellen.