"The role of calcium ions in the activity of the suprachiasmatic nucleus of the hypothalamus - main oscillator of the mammalian biological clock"

Ca2+ ions are crucial signaling particles in circadian rhythms, which perform many functions in the suprachiasmatic nucleus of the hypothalamus in the mammalian brain. The Presence of a daily rhythm of intracellular calcium level, observed only in this structure, indicates a potential role for these molecules in the regulation of other rhythms. Isoform 2 of ryanodine receptors is responsible for the generation of [Ca2+] rhythm, as it releases calcium from endoplasmatic reticulum in a cyclic manner. It also takes part in the mechanism of the light-induced phase shift at the beginning of the subjective night.There is copious evidence suggesting a special role of calcium in generating the circadian electrical activity and maintaining proper cellular excitability, for instance, through L-type calcium currents and the activation of calcium-activated potassium channels. Moreover, calcium waves, propagating through the gap junctions, are the basis of the synchronized activity among the population. Voltage-dependent calcium channels are not only important in mediating information from environment, but also essential for the existence of the circadian rhythms of clock genes expression from the Per and Bmal families. Ca2+ ions are significant second messengers in many processes, being involved in the modulation of input and output signals, for example in the GABAergic transmission.

Jony Ca2+ są kluczowymi dla rytmów okołodobowych cząsteczkami sygnalizacyjnymi, pełniącymi szereg funkcji w jądrach nadskrzyżowaniowych podwzgórza u ssaków. Zaobserwowana w tej strukturze obecność okołodobowego rytmu [Ca2+]i, niespotykana w innych rejonach mózgowia, sugeruje potencjalną rolę tych molekuł w regulacji innych rytmów. Za generowanie tych oscylacji odpowiedzialne są receptory rianodynowe typu 2, uwalniające cyklicznie wapń z wewnątrzkomórkowej siateczki śródplazmatycznej. Pełnią one również istotną rolę w mechanizmie indukowanego światłem przesunięcia fazy na początku subiektywnej nocy.Istnieje wiele dowodów, świadczących o szczególnej roli wapnia w generowaniu rytmicznej aktywności elektrycznej oraz utrzymywaniu odpowiedniej pobudliwości komórek, m.in. poprzez prądy wapniowe typu L i aktywację wrażliwych na wapń kanałów potasowych. Ponadto rozprzestrzeniające się dzięki złączom szczelinowym fale wapniowe, są podstawą zsynchronizowanej aktywności komórek w populacji. Napięciowozależne kanały wapniowe są nie tylko istotne w przekazywaniu informacji ze środowiska, ale również niezbędne do istnienia jawnych okołodobowych rytmów ekspresji genów zegara biologicznego z rodziny Per i Bmal. Jony Ca2+ pełnią także rolę drugiego przekaźnika w wielu procesach komórkowych, biorąc udział w modulacji wejściowych i wyjściowych sygnałów zegara biologicznego, m.in. w transmisji GABAergicznej.