Role of glial cells in circadian rhythms

To adopt to environmental changes occurring during the day and night cycle, living organisms developed (in the process of evolution), the circadian time-keeping system, so called biological clock. It’s mechanism is based on transcriptional-translational feedback loops, which initiate circadian changes in the level of expression of so called clock genes (e.g. per, tim, clock) in neurons of the clock (clock neurones). One of the canonical proteins of the clock is Per protein. Interestingly, Per- based oscillators, are located not only in the clock neurons, but also in certain types of glial cells. However, their role in regulation of circadian rhythms is not well understood yet. It has been shown that both vertebrate and invertebrate glial cells undergo circadian morphological changes and express certain proteins in a circadian manner. For example, in glia of the fruit fly (Drosophila melanogaster) visual system, the level of expression of Ebony, the protein involved in regulation of locomotor activity rhythms, changes during the day and night. The expression of α and β subunits of Na+/K+-ATPase also exhibits circadian changes in the optic lobes of this insect. In the SCN of vertebrates, the circadian changes in ATP level as well as daily oscillations in the amount of glutamate transporter- Glast has been discovered. These researches show that glia cells play important role in generation and maintenance of organisms rhythmicity.

Zmieniające się w rytmie dnia i nocy warunki środowiska zewnętrznego spowodowały, że organizmy żywe wykształciły w toku ewolucji mechanizm generujący dobową rytmikę procesów życiowych, tzw. zegar biologiczny. Jego działanie opiera się na występowaniu transkrypcyjno-translacyjnych pętli sprzężeń zwrotnych, które inicjują okołodobową rytmikę ekspresji tzw. genów zegara biologicznego (np. per, tim, clock, itp.) w neuronach, które budują jego struktury (neurony zegara biologicznego). Oscylator oparty na jednym z kluczowych białek zegara - białku Per, występuje jednak nie tylko w neuronach, ale także w komórkach glejowych. Ich rola w regulacji rytmów okołodobowych wciąż jest niejasna. Z dotychczasowych badań wynika, że zarówno u kręgowców jak i bezkręgowców, komórki glejowe wykazują w ciągu doby zmiany morfologii oraz zmiany poziomu ekspresji określonych genów. Na przykład, w niektórych typach komórek glejowych układu wzrokowego muszki owocowej (Drosophila melanogaster) okołodobowym oscylacjom ulega poziom ekspresji białka Ebony. Mutacja tego białka wpływa na rytmikę aktywności lokomotorycznej muszki. Także poziom ekspresji α i β podjednostek pompy sodowo potasowej w gleju układu wzrokowego tego owada zmienia się rytmicznie w ciągu doby. Z kolei w komórkach glejowych kręgowców zaobserwowano okołodobowe zmiany poziomu ATP w SCN oraz oscylacje poziomu transportera glutaminianu: Glast. Badanie te pokazują, że komórki glejowe być może pełnią ważną rolę w generowaniu i podtrzymywaniu rytmiki organizmów.