Plasma melatonin, thyroid-stimulating hormone (TSH) and body temperature were measured simultaneously and continuously before and after the sleep-wake cycle was shifted in 4 healthy males and changes in the circadian rhythm itself and in the phase relationship among these circadian rhythms were determined. Normal sleep-wake cycle (sleep hours: 2300-0700) was delayed by 10 h (sleep hours: 0900-1700) during the experiment. Even after this shift the typical melatonin rhythm was maintained: low during daytime and high during night. The melatonin rhythm was gradually delayed day by day. The TSH rhythm was also maintained fundamentally during 3 consecutive days of altered sleep-wake cycle. The phase was also delayed gradually but remarkably. The daily rhythm of body temperature was changed by the alteration of sleep-wake cycle. The body temperature began to decrease at the similar clock time as in the control but the decline during night awake period was less steep and the lowered body temperature persisted during sleep. The hormonal profiles during the days of shifted sleep/wake cycle suggest that plasma melatonin and TSH rhythms are basically regulated by an endogenous biological clock. The parallel phase shift of melatonin and TSH upon the change in sleep-wake cycle suggests that a common unitary pacemaker probably regulates these two rhythms. The reversal phase relationship between body temperature and melatonin suggests that melatonin may have a hypothermic effect on body temperature. The altered body temperature rhythm suggests that the awake status during night may inhibit the circadian decrease in body temperature and that sleep sustains the lowered body temperature. It is probable but uncertain that there ave causal relationships among sleep, melatonin, TSH, and body temperature.
Jin A Kim;Min Ju Kim;Young-Su Park;Jun-Hwan Kim;Cheol Young Choi
한국해양생명과학회지
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제9권1호
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pp.47-52
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2024
Light is a major external environmental factor that influences the circadian rhythm of photosynthetic organisms and various physiological phenomena, such as growth, maturation, and behavior. The number of light-reaching organisms changes depending on the season and atmospheric conditions, and the intensity and wavelength of light differ depending on the organisms inhabiting the environment. Altered light changes the circadian rhythm of fish, which is controlled by clock genes, such as period 2 (Per2), cryptochrome 1 (Cry1), and melatonin. In this study, we set the zeitgeber time (ZT; 14 light-10 dark, LD) based on the actual sunrise and sunset times and examined Per2 and Cry1 activities, levels of aralkylamine N-acetyltransferase (AANAT), and melatonin in Pholis nebulosa, a drifting seaweed species exposed to irregular light. Per2 and Cry1 levels increased during the daytime and decreased after sunset. The AANAT levels decreased during the daytime and increased during the night. Melatonin concentration was highest around midnight (ZT21, 23:30), but exhibited similar concentrations during the daytime. While the activity of Per2, Cry1, and AANAT levels exhibited a typical circadian rhythm observed in most vertebrates, melatonin concentrations did not show a significant difference between the daytime and nighttime. These findings provide insights into the circadian rhythm patterns of organisms exposed to irregular light environments, such as P. nebulosa, which differ from those of typical fish species.
Three catalase cDNA clones were isolated from the small radish (Raphanus sativus L.). Their nucleotide and deduced amino acid sequences showed the greatest homology to those of Arabidopsis. Genomic Southern blot analysis, using RsCat1 cDNA as a probe, showed that catalases are encoded by small multigene family in the small radish. Nondenaturing polyacrylamide gels revealed the presence of several catalase isozymes, the levels of which varied among the organs examined. The isozyme activities were assigned the individual catalase genes by Northern analysis using total RNA from different organs. The three catalase genes were differentially expressed in response to treatments such as white light, xenobiotics, osmoticum, and UV. Their expression in seedlings was controlled by the circadian clock under a light/dark cycle and/or in constant light. Interestingly, RsCat1 transcripts peaked in the morning, while those of RsCat2 and RsCat3 peaked in the early evening. Our results suggest that the RsCat enzymes are involved in defense against the oxidative stress induced by environmental changes.
Circadian rhythms can be seen in a variety of physiological functions in insects. Light is a powerful zeitgeber not only synchronizing but also modulating the rhythm to adjust insect's temporal structure to seasonal changes in the environmental cycle. There are two general effects of the length of light phase within 24 hr light cycles on the circadian rhythms, i.e., the modulation of free-running period and the waveform. Since the photoperiodic modulation of the free-running period is induced even in the clock mutant flies, per$\^$s/, the free-running period is not fully determined genetically. In crickets, the ratio of activity (a) and rest phase (p) under the constant darkness (DD) is clearly dependent on the photoperiod under which they have been kept. When experienced the longer photoperiod it becomes smaller. The magnitude of change in a/p-ratio is dependent on the number of cycles they experienced. The neuronal activity of the optic lobe in DD shows the a/p-ratio changing with the preceding photoperiod. These data suggest that a single circadian pacemaker stores and maintains the photoperiodic information and that there is a system that accumulates the effects of single photoperiod to cause greater effects.
Many studies have been conducted to understand plant stress responses to salinity because irrigation-dependent salt accumulation compromises crop productivity and also to understand the mechanism through which some plants thrive under saline conditions. As mechanistic understanding has increased during the last decades, discovery-oriented approaches have begun to identify genetic determinants of salt tolerance. In addition to osmolytes, osmoprotectants, radical detoxification, ion transport systems, and changes in hormone levels and hormone-guided communications, the Salt Overly Sensitive (SOS) pathway has emerged to be a major defense mechanism. However, the mechanism by which the components of the SOS pathway are integrated to ultimately orchestrate plant-wide tolerance to salinity stress remains unclear. A higher-level control mechanism has recently emerged as a result of recognizing the involvement of GIGANTEA (GI), a protein involved in maintaining the plant circadian clock and control switch in flowering. The loss of GI function confers high tolerance to salt stress via its interaction with the components of the SOS pathway. The mechanism underlying this observation indicates the association between GI and the SOS pathway and thus, given the key influence of the circadian clock and the pathway on photoperiodic flowering, the association between GI and SOS can regulate growth and stress tolerance. In this review, we will analyze the components of the SOS pathways, with emphasis on the integration of components recognized as hallmarks of a halophytic lifestyle.
Herein, water and ethanol extracts were obtained from the leaves, branches, kernels, and pericarp of Quercus gilva and subsequently analyzed for antioxidant activity and circadian rhythm regulation effects. Candidate components that may affect circadian rhythm and antioxidant activity were investigated to discover potential functional materials. Antioxidant activity was analyzed via 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) and 2,2'-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) radical scavenging activity assays, showing that the hot water extract exhibited higher activity than that of the ethanol extract. In particular, the branch extract showed high antioxidant activity. By measuring total contents of polyphenols, flavonoids, and tannins, the hot water branch extract showed the highest concentrations, highlighting their significant contribution to the antioxidant activity. Examination of the circadian rhythm regulation of each extract showed that the ethanol extract exhibited greater impacts on the circadian rhythm amplitude compared to the water extract. The branch ethanol extract induced circadian rhythm amplitude changes via clock gene Bmal1 expression regulation. Determination of 12 phenolic compound concentrations showed that the branch ethanol extract contained many phenolic compounds, including catechin. This suggests that these com- pounds affected circadian rhythm regulation. In conclusion, the hot water branch extract has potential as an natural antioxidant material, while the corresponding ethanol extract has potential as a functional material for regulating circadian rhythm.
Park, Mira;Kim, Soon Ae;Shin, Jieun;Joo, Eun-Jeong
Genomics & Informatics
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제18권4호
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pp.38.1-38.9
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2020
Chronotype is an important moderator of psychiatric illnesses, which seems to be controlled in some part by genetic factors. Clock genes are the most relevant genes for chronotype. In addition to the roles of individual genes, gene-gene interactions of clock genes substantially contribute to chronotype. We investigated genetic associations and gene-gene interactions of the clock genes BHLHB2, CLOCK, CSNK1E, NR1D1, PER1, PER2, PER3, and TIMELESS for chronotype in 1,293 healthy Korean individuals. Regression analysis was conducted to find associations between single nucleotide polymorphism (SNP) and chronotype. For gene-gene interaction analyses, the quantitative multifactor dimensionality reduction (QMDR) method, a nonparametric model-free method for quantitative phenotypes, were performed. No individual SNP or haplotype showed a significant association with chronotype by both regression analysis and single-locus model of QMDR. QMDR analysis identified NR1D1 rs2314339 and TIMELESS rs4630333 as the best SNP pairs among two-locus interaction models associated with chronotype (cross-validation consistency [CVC] = 8/10, p = 0.041). For the three-locus interaction model, the SNP combination of NR1D1 rs2314339, TIMELESS rs4630333, and PER3 rs228669 showed the best results (CVC = 4/10, p < 0.001). However, because the mean differences between genotype combinations were minor, the clinical roles of clock gene interactions are unlikely to be critical.
A comparison of the functional components underlying photoperiodism and circadian rhythmicity in the same species is an interesting issue in the context of unravelling clock mechanisms. In the present study, covering or surgical removal of the compound eyes was performed to localize photoreceptors for photoperiodism to control reproductive diapause and for entrainment of circadian locomotor rhythms in the blow fly Protophormia terraenovae. Intact flies showed a long-day photoperiodic response. When the compound eyes were covered by silver paint, diapause incidence increased under diapause-averting conditions of a long-day photoperiod and constant light, as if flies were kept under constant darkness. Covering of a medial region of the head capsule or solvent painting of the compound eyes gave no significant effects. When the compound eyes were removed, flies did not distinguish the photoperiod, whereas removal of antennal lobes or ocelli did not affect the photoperiodism. Intact flies showed a freerunning rhythm under constant darkness. The rhythm entrained to light-dark (LD) cycles with light of high and low intensity. When the compound eyes and ocelli were surgically removed, the rhythm entrained to LD cycles with light of high intensity but freeran under LD cycles with light of low intensity. The results suggest the retinal pathways are involved in photoperiodism and that flies use both retinal and extraretinal pathways for rhythm entrainment. Under dim light-LD cycles, the retinal pathways mainly mediate rhythm entrainment. Retinal photoreceptors seem to be used both for photoperiodism and entrainment of the rhythm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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