A 'circadian rhythm' is a self-sustained biological rhythm (cycle) that repeats itself approximately every 24 hours. Circadian rhythms are generated by an internal clock, or pacemaker, and persist even in the absence of environmental time cues, collectively termed 'zeitgebers.' Although organisms generate circadian rhythms internally, they are entrained by environmental stimuli, particularly the light-dark cycle. Measurement of the endogenous melatonin rhythm provides relatively reliable surrogate way of assessing the timing of the internal circadian clock. Also, core body temperature and cortisol can be used as markers of circadian rhythms. The sleep-wake cycle, body temperature, and melatonin rhythm have a stable internal phase relationship in humans and other diurnal species. They play an important role in controlling daily behavioral rhythms including task performance, blood pressure, and synthesis and secretion of several hormones. In this review, we address not only the properties, methods of measurement, and markers of circadian rhythms, but also the physiological and psychological importance of human circadian rhythms.
The menstrual cycle is repeated as long as a female is capable of bearing young, except during pregnancy and also for a certain length of time after the period of pregnancy. In this study, menstrual cycle and circadian rhythm of body temperature in young women are presented. Also, the specifications of different types in menstrual cycle and circadian rhythm are discussed to define the physiolosical temperature regulatuion system.
The circadian clock system enables organisms to anticipate the rhythmic environmental changes and to manifest behavior and physiology at advantageous times of the day. Transcriptional/translational feedback loop (TTFL) is the basic feature of the eukaryotic circadian clock and is based on the rhythmic association of circadian transcriptional activator and repressor. In Drosophila, repression of dCLOCK/CYCLE (dCLK/CYC) mediated transcription by PERIOD (PER) is critical for inducing circadian rhythms of gene expression. Pacemaker neurons in the brain control specific circadian behaviors upon environmental timing cues such as light and temperature cycle. We show that amino acids 657-707 of dCLK are important for the transcriptional activation and the association with PER both in vitro and in vivo. Flies expressing dCLK lacking AA657-707 in $Clk^{out}$ genetic background, homologous to the mouse Clock allele where exon 19 region is deleted, display pacemaker-neuron-dependent perturbation of the molecular clockwork. The molecular rhythms in light-cycle-sensitive pacemaker neurons such as ventral lateral neurons ($LN_vs$) were significantly disrupted, but those in temperature-cycle-sensitive pacemaker neurons such as dorsal neurons (DNs) were robust. Our results suggest that the dCLK-controlled TTFL diversify in a pacemaker-neuron-dependent manner which may contribute to specific functions such as different sensitivities to entraining cues.
Circadian rhythms govern a remarkable variety of metabolic and physiological functions. Accumulating epidemiological and genetic evidence indicates that the disruption of circadian rhythms might be directly linked to cancer. Intriguingly, several molecular gears constituting the clock machinery have been found to establish functional interplays with regulators of the cell cycle, and alterations in clock function could lead to aberrant cellular proliferation. In addition, connections between the circadian clock and cellular metabolism have been identified that are regulated by chromatin remodelling. This suggests that abnormal metabolism in cancer could also be a consequence of a disrupted circadian clock. Therefore, a comprehensive understanding of the molecular links that connect the circadian clock to the cell cycle and metabolism could provide therapeutic benefit against certain human neoplasias.
Circadian rhythm is a periodic and continuous change in physiological, behavioral, and mental characteristics that occurs in most organisms on the Earth, because the Earth rotates in a 24-hour cycle. The circadian system regulates daily rhythms of physiology and behavior, such as the sleep/wake cycle, body temperature, hormonal secretion, and mood. The influence of circadian rhythm is very powerful, but limited research has addressed its effects. However, many recent studies have shown that circadian dysregulation may play an important role in the pathogenesis of bipolar disorder. This review study examined current and noteworthy studies, including the authors' own works, and proposes a possible clinical application of bipolar disorder based on evidence that circadian rhythm dysregulation in bipolar disorder may be a key pathogenetic mechanism.
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.
Disruptive expression patterns of the circadian clock genes are highly associated with many human diseases, including cancer. Cell cycle and proliferation is linked to a circadian rhythm; therefore, abnormal clock gene expression could result in tumorigenesis and malignant development. The molecular network of the circadian clock is based on transcriptional and translational feedback loops orchestrated by a variety of clock activators and clock repressors. The expression of 10~15% of the genome is controlled by the overall balance of circadian oscillation. Among the many clock genes, Period 1 (Per1) and Period 2 (Per2) are clock repressor genes that play an important role in the regulation of normal physiological rhythms. It has been reported that PER1 and PER2 are involved in the expression of cell cycle regulators including cyclins, cyclin-dependent kinases (CDKs), and CDK inhibitors. In addition, correlation of the down-regulation of PER1 and PER2 with development of many cancer types has been revealed. In this review, we focused on the molecular function of PER1 and PER2 in the circadian clock network and the transcriptional and translational targets of PER1 and PER2 involved in cell cycle and tumorigenesis. Moreover, we provide information suggesting that PER1 and PER2 could be promising therapeutic targets for cancer therapies and serve as potential prognostic markers for certain types of human cancers.
All the organisms on the earth are affected by the repeating signals from the ambient environment caused by the movements of the sun and the earth. Their physiological and behavioral activities such as reproduction, functional pathway of various molecules, and developmental stage, are reflected by the cyclicity whether it is daily(circadian) or annual rhythms. An essential function of circadian rhythms is to provide an internal estimate of the external local time, thereby allowing the organism to program its activities so that they occur at an appropriate time in the daily environment. Of many rhythmic patterns, the circadian rhythms are considered in this review, focusing on the limit cycle, which is a model to investigate the entrainment.
Kim, Mikyung;Pena, June Bryan de la;Cheong, Jae Hoon;Kim, Hee Jin
Biomolecules & Therapeutics
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v.26
no.4
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pp.358-367
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2018
Most organisms have adapted to a circadian rhythm that follows a roughly 24-hour cycle, which is modulated by both internal (clock-related genes) and external (environment) factors. In such organisms, the central nervous system (CNS) is influenced by the circadian rhythm of individual cells. Furthermore, the period circadian clock 2 (Per2) gene is an important component of the circadian clock, which modulates the circadian rhythm. Per2 is mainly expressed in the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus as well as other brain areas, including the midbrain and forebrain. This indicates that Per2 may affect various neurobiological activities such as sleeping, depression, and addiction. In this review, we focus on the neurobiological functions of Per2, which could help to better understand its roles in the CNS.
Research in the field of health lighting has continued to advance to reproduce the color temperature of natural light which periodically changes. However, most of this research could only reproduce a uniform circadian color temperature of natural light, therefore failing to realize the characteristics of the circadian cycle of color temperature difference by latitude and longitude. To reproduce the color temperature of natural light on which the characteristics of a region are reflected, the collection technology of real-time characteristics of natural light is needed. If the color temperatures which are not within a periodical pattern due to climate changes, etc., are measured, it will be difficult to judge the occurrence (presence) of the anomalies and to reproduce the circadian cycle of the color temperature of natural light. Therefore, this study proposes an algorithm for judging the anomalies in real time based on the sliding window to reproduce the color temperature of natural light. First, the natural light characteristics DB collected through the on-site measurement were analyzed, the differential values at a one-minute interval were calculated and examined, and then representative color temperature circadian patterns by solar terms were drawn. The anomalies were then detected by the application of the sliding window that calculated the deviation of the color temperature for the measured color temperature data set, which was collected through RGB sensors, while moving along the time sequence. In addition, the presence of anomalies was verified through the comparison study between the detection results and the representative circadian cycle of the color temperature by solar term. The judgment method for the anomalies from the measured color temperature of natural light was proposed for the first time, confirming that the proposed method was capable of detecting the anomalies with an average accuracy of 94.6%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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