Genska regulacija sezonske promjene krzna

Arktički zec sezonalno mijenja boju krzna 

Kod nekih životinja znamo da postoje jako uočljive promjene boje krzna i perja u toku zimskih mjeseci - kod nekih krzno postane potpuno bijelo. Kod drugih, krzno postaje gušće kako bi se životinja zaštitila, čak i ako nema uočljive promjene boje.

Naučnici su otkrili kako biološki "prekidač" pomaže životinjama da promijene boju krzna i kvalitet u skladu sa  sezonskim promjenama, što je ključno za preživljavanje. U radu, objavljenom u Nature Communications pod naslovom "Circadian clock mechanism driving mammalian photoperiodism", naučnici objašnjavaju kako mozak reaguje na kratke i duge dane kako bi se životinja mogla prilagoditi promjenjivim uslovima okoline. Naučnici kažu kako bi ovo istraživanje na provedeno na ovcama moglo pomoći u objašnjavanju sezonskih prilagodbi brojnih vrsta poput ptica, gmazova i sisara.

Fina podešavanja unutrašnjeg sata tijela imaju cikluse ovisne o razini hormona i utječu na osobine kao što su san i glad. Ovi ritmovi, poznati kao cirkadijani ritmovi, mijenjaju se tokom dana i na njih utječe genetika. Nobelova nagrada za medicinu ili fiziologiju 2017. je dodijeljena baš za tumačenje cirkadijanih ritmova. Slični ritmovi se također primjećuju i sezonski, ali do sada nije bilo jasno kako geni igraju ulogu u biološkim promjenama koje variraju između zime i ljeta.

Tim naučnika predvođen naučnicima s univerziteta u Edinburghu i Manchesteru proučavao je  hipofizu kod ovaca. Tkivo mozga ovci je analizirano na aktivnost gena u određenom periodu, što je naučnicima omogućilo posmatranje bioloških procesa koji se događaju kao odgovor na različite dužine dana. Otkrili su da se jedan od dva moguća biološka mehanizma aktivira unutar hipofize, ovisno o tome je li dan dug ili kratak.

Ljeti kad su noći duge, mozak stvara hormone koji uzrokuju kaskadu genske aktivnosti koja dovodi do stvaranja određenih bioloških karakteristika poput boja krzna koje su tipične za ljeto. Kad su u toku  zimskog perioda noći kratke, ovaj "prekidač" se preokreće: hormoni koji inače djeluju preko noći, duže vremena se oslobađaju, pokrećući biološke procese povezane sa zimom, kao što su boja i gustoća krzna. 

Studija je otkrila da u mozgu ovci oba procesa uključuju cirkadijani gen poznat kao BMAL2, koji se nalazi kod mnogih životinja, ali čija uloga u sezonskom satu ranije nije bila poznata.

Kod sisara, dugi fotoperiodi induciraju cirkadijani transkripcijski faktor BMAL2, u pars tuberalis hipofize, i pokreću ljetnu biologiju preko EYA3 / TSH (tirotrofin) puta. Suprotno tome, dugotrajni signali melatonina na kratkim fotoperiodima induciraju cirkadijane represore, uključujući DEC1, suzbijajući BMAL2 i EYA3 / TSH, što pokreće zimsku biologiju. Te su akcije povezane s progresivnim promjenama stanja hromatina u cijelom genomu. EYA su skupina proteina koje kodiraju EYA geni, a čije ime dolaze od "Eyes absent" - "oči koje nedostaju" tj. grupa proteina koji izostaju iz očiju, a važni su transkripcijski faktori i imaju ulogu u razvoju. EYE3 je vrlo specifična  protein-fosfataza.

Suštinski, radi se o tome da organizam zimu tretira kao duže periode noći, a ljeto kao duže periode dnevnog svjetla, zahvaljujući promjena dužine trajanja dana i noći.