Die meisten Organismen haben circadiane Uhren. In Säugetieren, der circadiane Schrittmacher befindet sich in den suprachiasmatischen Nukleus (SCN) des Gehirns. Der SCN besteht aus etwa 20.000 Neuronen, und die oszillierende Genexpression mit einer ungefähren 24-Stunden-Zeitraum beobachtet werden kann, unabhängig in jedem Zimmer. Diese Zell-autonomen Oszillationen der Genexpression kontrolliert werden, die durch verzögerte negative feedback-regulation von circadianen Uhren-Gene und die Funktion wie eine innere Uhr zu regulieren, das Verhalten und die physiologischen Rhythmen von Organismen.
Eine der wichtigsten Eigenschaften der circadianen Uhren ist die Reaktion auf Lichtsignale, die es ermöglicht, Lebewesen zu werden, mitgerissen zu der 24-Stunden-Licht-dunkel-Zyklus auf der Erde. Es hat sich gezeigt, dass die circadianen Uhren auf Licht reagieren-Signale während der Nacht, in der Erwägung, dass Sie nicht reagieren auf solche Signale während der Tageszeit. Dies gilt auch dann, wenn ein Organismus ist gehalten, in vollständiger Dunkelheit; einem kurzen Licht-Impuls ändert sich nicht, die Zeit der circadianen Uhr, wenn der Körper Zeit für die individuelle am Tag. Die Zeitspanne, in der der circadianen Uhr ist unempfindlich gegenüber Licht-Signale bezeichnet man als „tote zone“. Frühere Studien haben gezeigt, dass das Vorhandensein einer Toten zone verbessert die Robustheit der Uhr. Jedoch, die zugrundeliegende Mechanismus seiner Erzeugung ist unklar.
Forscher der Kanazawa University der mathematischen Modellierung und computer-Simulationen, die zur Aufklärung des zugrunde liegenden Mechanismus dead-zone-generation. Verschiedene Arten haben unterschiedliche Licht-response-Mechanismen. Zum Beispiel, in der circadianen Uhr system der Taufliege Drosophila, Licht-Signale induzieren Abbau des circadianen repressor-protein ZEITLOS. Im Gegensatz, in der Säugetiere, Licht-Signale werden wahrgenommen durch die Augen und induzieren die expression der circadianen Uhr gen Frist, innerhalb des SCN. Diese Unterschiede führten Forscher von der Kanazawa University in Frage zu stellen, ob die Mechanismen, die für die dead-zone-generation in diesen beiden Arten gemeinsam sind, oder unterschiedliche.
Um diese Frage zu beantworten, haben die Forscher verwendet ein mathematisches Modell, genannt das Goodwin-Modell. Dieses Modell wurde verwendet, um zu beschreiben, eine negative feedback-Schleife, in der circadianen Uhr system unter Berücksichtigung der Konzentrationen der mRNA-und protein-als Variablen. Numerische Simulationen gezeigt, dass die Sättigung der Transkription von Timeless mRNA induziert die generation der tagsüber eine tote zone in der circadianen Uhr von Drosophila. In der circadianen Uhr in Säugern, die Sättigung der übersetzung, sondern als Transkription von PERIOD-protein generiert eine tote zone. Computer-Simulationen gezeigt, dass die Sättigung dieser Reaktionen hebt die Wirkung der Licht-Signale nur während der Tageszeit. So, Sättigung der Synthese von einem repressor-protein in der negativen feedback-Schleife reguliert circadiane Oszillation kann einen konservierten Mechanismus für die Generierung tagsüber tote Zonen zwischen den verschiedenen Arten.
Die tote zone wird als wichtig für zuverlässige Mitnahme von circadianen Uhren zu Licht-dunkel-Zyklen. Die vorliegende Studie zeigt, dass, im Prinzip sogar einzelne Neuronen können erkennen, eine tote zone. Dieser Befund deutet darauf hin, dass die fundamentalen Eigenschaften der circadiane Uhren sind bestimmt in der single-cell level.
Mitnahme der zirkadianen Uhr Licht-dunkel-Zyklen ist von grundlegender Bedeutung für die menschliche Gesundheit. Zum Beispiel ein Missverhältnis zwischen der Zeit innerhalb des Körpers-und der Zeit in einer lokalen Stelle kann die Ursache für den jet-lag. So, die Untersuchung der Reaktion der circadianen Uhr zu Licht-Signale ist wichtig, um zu verstehen, eine der häufigsten biologischen Uhren auf der Erde, die möglicherweise medizinischen nutzen.