The Role of vasoactive intestinal peptide in the mechanism of the main mammalian biological clock generator."

Rytmy biologiczne ułatwiają utrzymanie homeostazy organizmu poprzez sprawniejsze dostosowanie jego procesów fizjologicznych i zachowań do przewidywalnych zmian warunków środowiska. Głównym generatorem zegara biologicznego u ssaków są jądra nadskrzyżowaniowe podwzgórza (suprachiasmatic nuclei – SCN). Ich zniszczenie lub dysfunkcja prowadzi do dużych trudności w codziennym funkcjonowaniu organizmów. Objawia się to m.in poprzez zaburzenie gospodarki hormonalnej i/lub najważniejszego rytmu naszego organizmu – snu i czuwania. Dlatego też zjawisko rytmiczności jest bardzo intensywnie badane i to nie tylko w związku z tym, iż jest to temat sam w sobie interesujący, ale przede wszystkim z powodu jego istotnego znaczenia dla medycyny. Z dotychczasowych badań wynika, że jedną z kluczowych ról w generowaniu cyklicznych aktywności organizmu odgrywa wazoaktywny peptyd jelitowy, znajdujący się głównie w brzuszno-przyśrodkowej części SCN. Jego rolę możemy obserwować na wszystkich możliwych poziomach działania zegara biologicznego: zarówno na wejściu informacji synchronizujących ze środowiska do głównego generatora, jak i w fizjologii i mechanizmie funkcjonowania samego SCN, a także w miejscach docelowych działania zegara biologicznego, jakimi są obwodowe oscylatory (tzw. zegary peryferyczne) czy np. gruczoły osi podwzgórze-przysadka-nadnercza. Wazoaktywny peptyd jelitowy jest także synchronizatorem aktywności populacji neuronów w obrębie SCN. Jego podanie powoduje przesunięcie fazy aktywności elektrycznej neuronów SCN, co ma swoje konsekwencje w zmianie rytmiki aktywności lokomotorycznej zwierząt. Peptyd ten działa na komórki zarówno pobudzająco, jak i hamująco. Ważnym i potwierdzonym eksperymentalnie zjawiskiem są uruchamiane przez niego małe hamujące prądy postsynaptyczne. Poprzez aktywację cyklazy adenylanowej powoduje on wzrost stężenia cAMP, co prowadzić może do różnorakich efektów, w tym modulacji ekspresji genów czy transmisji synaptycznej. Oprócz tego, pośredniczy w przenoszeniu informacji z SCN m.in do jąder przykomorowych (ang. paraventricular nuclei – PVN) oraz bramkuje informacje świetlne pochodzące z komórek melanopsynowych siatkówki. A zatem rola i znaczenie wazoaktywnego peptydu jelitowego jest znacząca w funkcjonowaniu zegara biologicznego i objawia się na wszystkich jego poziomach, od komórkowego do systemowego.

Biological rhythms facilitate in keeping an organism in homeostasis by adjusting its physiology and behaviour to estimated changes in environmental conditions. The main mammalian generators of circadian processes are the hypothalamic suprachiasmatic nuclei (SCN). Their loss or dysfunction leads to disruptions in organisms' everyday functions. The disturbances are manifested by endocrine system disruptions and/or the most important rhythm of our organisms – sleep and wakefulness. Rhythmicity is extensively tested not only because the topic is interesting by itself, but most of all because of its importance for medicine. What is already found, is that one of the key roles in the generation of an organism's cyclic activities is played by the vasoactive intestinal peptide, located mainly in the ventrolateral zone of the SCN. Its role is observed at every level of circadian clock action: in the process of entrainment of the external environmental cues, in the physiology and mechanism of function of the SCN itself and also in the peripheral targets which are peripheral oscillators (so called peripheral clocks) or, for example, glands of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis. The vasoactive intestinal peptide acts also to synchronize activity of populations of neurons in the SCN. Application of this substance causes a phase shift of electrical activity of the neurons in the main generator of rhythms, which leads to changes in animals' locomotor activity patterns. The peptide has an excitatory but also an inhibitory influence on cells. Important and experimentally verified phenomena are small inhibitory postsynaptic currents trigerred by hormone application. By activation of adenylyl cyclase VIP leads to an increase of cyclic adenosine monophosphate concentration, which may lead to different effects; among others in the modulation of gene expression or synaptic transmission. Besides already described functions, it mediates in conveying information from the SCN to, for example, paraventricular nuclei and it is involved in the gating of photic signals coming from melanopsin cells located in the retina. The role and significance of the vasoactive intestinal peptide is crucial in biological clock function and it appears on every level from cellular to systemic.