サーカディアンリズムとは、生物が外部環境の変化を予測し、それに適応するために生理や行動を調整することができる生物学的なサイクルです。

視交叉上核の神経解剖

視交叉上核は、視床下部の前方に位置し、約20,000個のニューロンを含んでいます。

SCNの「コア」は、主に血管作動性腸管ペプチド（VIP）を発現する細胞で構成されています。

SCNの「コア」は、主に血管作動性腸管ペプチド（VIP）を発現する細胞で構成されており、主に網膜や他の脳領域からの入力を受けます。

一方、「シェル」は、主にアルギニンバソプレシン（AVP）を発現する細胞で構成されています。 シェル」は主に大脳皮質、前脳基底部、視床下部からの入力を受けます。

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SCNへの入力

SCNは、光入力と非光入力の2種類の入力を受けます。 光入力は、固有光感受性網膜神経節細胞（ipRGC）からのもので、網膜視床路からグルタミン酸系シナプスを介してSCNのニューロンに投射されます。

光を浴びると概日リズムが変化しますが、これは「位相のずれ」と呼ばれています。

SCNへの非フォティックな入力は、脳の他の領域から来ており、概日リズムの調整に役立っています。 SCNには、さまざまなセロトニン（5-HT）受容体があります。

帯状疱疹間核（IGL）には、神経ペプチドY（NPY）を発現するニューロンと、ガンマアミノ酪酸（GABA）を発現するニューロンが存在します。 IGLは視床下部玄室軌道を介してSCNに投射されており、日中の位相差を誘発する。

SCNによる概日リズムの生成と制御

SCNが生成する概日リズムは、核となる転写フィードバックループの遅延負帰還に依存している。 CLOCK/BMAL1二量体は、染色体上のE-boxプロモーター領域に作用し、様々なPeriod(PER)やCryptochrome(CRY)遺伝子などの概日リズムの調節因子(時計遺伝子)の転写を促進する。 その結果、PERとCRYのタンパク質が増加します。

しばらくすると、PERとCRYの二量体ができあがり、自分の遺伝子の転写を阻害し始めます。 また、PERとCRYはユビキチンリガーゼ複合体によって分解されます。

PERは同時に、REV-ERBαがROREプロモーター領域に作用してBMALの転写を阻害するという正のフィードバックループにも関与している。

E-boxプロモーター領域は、時計制御遺伝子(CCG)の転写にも関与しており、これまで述べてきたフィードバックループにより、CCGの発現が24時間周期で行われています。 CCGはホメオスタシスや細胞周期の様々な側面を制御しています。

SCN内のすべての神経細胞は異なる位相で振動しており、細胞は出力を組み合わせてリズムを与えており、これはSCNマルチ・オシレーター・ネットワークとして知られています。 VIP細胞は、光によって誘発されるSCNの位相リセットを制御し、SCNの振動子に結合信号を提供します。 これにより、個々のSCNニューロン間のリズムの安定化と同期化が図られる。

サーカディアン・リズムの身体への影響

サーカディアン・リズムはSCNから脳の他の部分に伝えられます。

SCNは松果体に投射してメラトニンの分泌に影響を与えますが、これはアデニルシクラーゼを活性化するVIPの働きによって実現します。

メラトニンは夜間に最も多く分泌され、位相のずれを防ぎ、入眠潜時を短縮し、総睡眠時間を増加させ、概日的な覚醒を抑制することで、睡眠/覚醒サイクルに貢献します。

コルチゾールは副腎から分泌され、概日的なリズムを示します。 コルチゾールのレベルは夜間に最も低くなり、朝方にピークを迎えます。 コルチゾールの分泌は、視床下部-下垂体-副腎軸（HPA）によって調節されています。

HPAはSCNからNPYの入力を受け、その結果、下垂体前葉のコルチコトロフ細胞から副腎皮質刺激ホルモンが放出され、副腎からコルチゾールが放出されます。

概日リズムは、代謝、体温、免疫系の様々な要素など、人間の生理の他の多くの側面にも作用します。

In Control of Physiological Processes

結論として、SCNはリズムが生成されることで多くの生理プロセスを制御します。 昼と夜のサイクルに応じた時計遺伝子の転写は、概日リズムの影響を受けるすべてのプロセスの鍵となります。

今後、SCNと概日リズムに関する研究が進めば、SCNがどのようにして概日リズムを生み出しているのか、また、脳の他の部分がどのように影響しているのかについて、より詳細な理解が得られるでしょう。 また、研究が進めば、概日リズムが下流のシグナル伝達において脳の他の部分にどのような影響を与えるかについて、さらなる情報が得られるでしょう。

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