Mechanizmy regulacji cyklu okołodobowego w układzie wzrokowym muszki owocowej

Przedmiotem badań są rytmy okołodobowe, występujące w układzie wzrokowym muszki owocowej – Drosophila melanogaster. Rytmy biologiczne występują we wszystkich organizmach żywych – zarówno u muszki, jak i u człowieka. Są następstwem ruchów rotacyjnych Ziemi – obrotu naszej planety dookoła własnej osi oraz jej obiegu dookoła Słońca, co w konsekwencji prowadzi do występowania dnia i nocy oraz pór roku. W toku ewolucji organizmy dostosowały procesy fizjologiczne i biochemiczne do tych cyklicznych zmian środowiska i wykształciły endogenny mechanizm, tzw. zegar biologiczny (okołodobowy), dzięki któremu organizmy potrafią przewidywać te cykliczne zmiany w środowisku. Ta endogenna rytmika charakteryzuje się okresem zbliżonym do 24 godzin i utrzymuje się także wtedy, gdy do organizmu nie docierają żadne sygnały ze środowiska zewnętrznego, np. w stałej ciemności. Za utrzymanie tych rytmów odpowiedzialny jest centralny zegar biologiczny, gdzie dochodzi do rytmicznej ekspresji genów zegara, regulujących z kolei cykliczną ekspresję innych wybranych genów, tzw. „clock controlled genes”.

Badania prowadzone są na organizmie modelowym, jakim jest wspomniana już muszka owocowa – Drosophila melanogaster i układ wzrokowy tego gatunku. Muszka posiada oko złożone, składające się z pojedynczych jednostek – ommatidiów. W każdym z nich znajduje się 8 fotoreceptorów, które odbierają sygnały świetlne i wzrokowe ze środowiska zewnętrznego i przekazują je dalej do innych neuronów układu wzrokowego. Układ wzrokowy tego owada, oprócz siatkówki zbudowany jest z trzech płytek – są to kolejno: lamina, medulla i kompleks lobula. W układzie wzrokowym muszki, a zwłaszcza w płytce lamina opisano dotychczas kilka rytmów okołodobowych. Zmiany te dotyczą komórek glejowych oraz interneuronów, między innymi komórki L2 (ang. large monopolar cell 2). W rytmie dobowym zmienia się średnica aksonu tej komórki, wielkość jej jądra komórkowego oraz obwód drzewka dendrytycznego, który jest największy na początku dnia i maleje w ciągu dnia oraz w nocy.

Celem projektu jest poznanie molekularnego mechanizmu sterującego zmianami wielkości drzewka dendrytycznego właśnie tej komórki. Realizowane badania mają sprawdzić, czy w regulacji procesu okołodobowej plastyczności komórki L2 bierze udział szlak serynowo/treoninowej kinazy białkowej TOR oraz, czy za obrót błon, jaki musi mieć miejsce w czasie kurczenia się i powiększania tej komórki odpowiedzialny jest proces autofagii.

Poznanie molekularnego mechanizmu okołodobowych zmian w komórce L2 dostarczy informacji na temat procesów plastyczności, jakiej podlegają neurony. Jest to proces niezwykle istotny w przypadku takich zjawisk zachodzących w mózgu jak zapamiętywanie i uczenie się i jest cechą charakterystyczną układu nerwowego, który posiada zdolność do adaptacji i regeneracji. Neuroplastyczność związana jest ze zmianą siły i liczby połączeń międzykomórkowych. Możliwe jest to dzięki powstawaniu nowych synaps, reorganizacji cytoszkieletu neuronów oraz wzrostowi aksonów i dendrytów, jaki zaobserwowano także w przypadku komórek L2. Wiele genów D. melanogaster wykazuje wysoką homologię z genami ssaków, także człowieka. Można przypuszczać, że mechanizm warunkujący zmiany w morfologii aksonów i dendrytów jest wysoce konserwatywny ewolucyjnie i jego zbadanie przyczyni się do poznania tych procesów u innych organizmów, w tym także u ssaków, włączając w to człowieka.

Ewelina Kijak

Doktorantka w Zakładzie Biologii i Obrazowania Komórki Uniwersytetu Jagiellońskiego. Pracę doktorską, dotyczącą mechanizmów neuroplastyczności w układzie wzrokowym Drosophila melanogaster wykonuje pod opieką Pani prof. Elżbiety Pyzy. W tym samym Zakładzie zrealizowała swoją pracę magisterską, dotyczącą toksycznego wpływu aluminium na rozwój i behawior muszki owocowej. Jest autorką artykułu popularnonaukowego pt. "Chemizm toksyczności glinu i jego rola w rozwoju choroby Alzheimera” (Wszechświat 111, 10-12, 277-280), za którą otrzymała wyróżnienie Prezesa Towarzystwa Przyrodników im. Kopernika. Ponadto jest współautorką jednego artykułu naukowego, opublikowanego w międzynarodowym czasopiśmie. Wyniki swoich badań prezentowała na wielu międzynarodowych konferencjach naukowych. Jej zainteresowania badawcze obejmują chronobiologię oraz molekularne mechanizmy regulujące procesy plastyczności okołodobowej.

Data publikacji: 11.09.2013