簡単な血液検査で人の体内時計を読み取ることができる-InnerSelf.com

: By ローズマリーブラウン

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簡単な血液検査は人の内部時計を読むことができました

概日リズムは、脳に存在する中央時計によって導かれ、体のあらゆる単一の細胞に存在します。 Creations / Shutterstock.com

人生では、タイミングはすべてです。

体の内部時計 - 概日リズム - は、睡眠と目覚め、空腹時、最も生産的なときなど、さまざまなプロセスを規制します。私たちの多くの人生に触知できるような効果を与えても、それが私たちの健康にも大きな影響を与えることは驚くべきことではありません。研究者は、概日健康を糖尿病のリスク, 心臓血管疾患 & 神経変性。また、食事のタイミング & 薬それらがどのように代謝されているかに影響を与えることができる。

自分の内部時計を測定する能力は、健康を改善し、薬をパーソナライズするために不可欠です。誰がどこにいるのかを予測するのに使うことができますのリスク病気からの回復の追跡けが。また、時間を計るために使用することもできます。化学療法の送達 & 血圧副作用のリスクを最小限に抑えるように、低用量で最適な効果を発揮するように、

しかし、自分の内部時計を正確に読み取ることは、睡眠と概日の健康に大きな課題として残っています。現在のアプローチでは、昼夜の血中メラトニン（睡眠を制御するホルモン）のサンプルを1時間ごとに採取する必要があり、高価で患者にとって非常に負担になります。これにより、通常の臨床評価に組み込むことが不可能になります。

私の同僚と私は、煩雑なシリアルサンプリングを必要とせずに、内部時間の正確な測定値を取得したかったのです。私は複雑なデータを理解するために数学的アルゴリズムと計算的アルゴリズムを使用することに対する情熱のある計算生物学者です。私の協力者、フィリス・ジー & ラヴィ・アラーダ世界的に有名な睡眠医学と概日生物学の専門家です。一緒に働いている、我々は単純な血液検査を設計した人の内部時計を読む。

細胞の音楽を聴く

概日リズムは、脳の視交叉上の核領域に存在する中心時計によって導かれ、体のあらゆる単一の細胞に存在します。古い工場のセカンダリクロックと同様に、これらのいわゆる「ペリフェラル」クロックは、あなたの脳のマスタークロックに同期されますが、自分自身で前進する – ペトリ皿でさえ!

あなたの細胞は、コアクロック遺伝子 1つの遺伝子がオンになると、その活性によって別の分子がそれを元に戻し、この競合が、24時間サイクル内で遺伝子活性化の穏やかな流れを生じる。これらの遺伝子は、次に、他の遺伝子の活性を調節し、それはまた、1日の間に振動する。この周期的な遺伝子活性化のメカニズムは、細胞や組織の生物学的プロセスを編成し、特定の時間帯に同期的に起こるようにします。

簡単な血液検査は人の内部時計を読むことができました概日リズムは、消化、免疫機能および血圧を含む多くの生物学的プロセスを調整し、これらはすべて特定の時間帯に上昇および下降する。概日リズムの誤調節は、代謝、認知機能および心臓血管の健康に悪影響を及ぼし得る。 YassineMrabet, のCC BY-SA

コアクロック遺伝子の発見は、昨年ノーベル委員会によって認められた生物学的機能がどのように調整されているかを理解する上で非常に重要です。ジェフリーC.ホール、マイケル・ロスバシュ、マイケル・W・ヤングが一緒に勝った概日リズムを制御する分子メカニズムの発見について、2017ノーベル生理学または医学賞を受賞しました。その他の研究者他の全ての遺伝子の40％が概日リズムに反応し、1日の経過に亘ってその活性を変化させることも指摘している。

これは私達に考えを与えました：おそらく、血液中の遺伝子セットの活動レベルを使用して、壁の時計が何を言っているかにかかわらず、人の内部時間 - あなたの体がそれを考えている時間を推測することができます。私たちの多くは、5のような気分で、私たちの環境と "同期していない"と感じた経験がありました.00は、すでに7：00だと警告しています。それは私たちの活動が私たちの内部時計と同期していないことによるものです。壁の時計は、あなたが個人的に何時だったかを示す良い指標ではありません。内部時計が生物学と健康に及ぼす深刻な影響を知ることで、個体の正確な内部時間を測定するために遺伝子活動を測定しようと奮闘しました。私たちはTimeSignatureを開発しました。これは、2つの簡単な血液採取を使用して遺伝子発現から人の内部時計を測定する洗練された計算アルゴリズムです。

堅牢なテストの設計

私たちの目標を達成するためには、TimeSignatureは簡単で（少数の血液を採取するだけで最小限の数の遺伝子を測定する）、非常に正確で、最も重要なのは堅牢でなければなりませんでした。つまり、あなたは良い夜の睡眠を取ったか、最近海外の休暇から戻ったか、または新生児と一緒に徹夜していたかにかかわらず、あなたの本質的な生理的時間の正確な測定値を提供する必要があります。そして、私たちのラボだけでなく、全国のラボや世界中のラボで働く必要がありました。

遺伝子サインバイオマーカーを開発するために、健康な成人ボランティアのグループから2時間ごとに数万回の測定値を収集しました。これらの測定は、各遺伝子が1日のうちにどのように各人の血液中に存在するかを示した。また、三他の研究同様の測定値を収集した。次に、TimeSignatureと呼ばれる新しい機械学習アルゴリズムを開発しました。このアルゴリズムは、このデータを計算的に検索して時刻を明らかにする小さなバイオマーカーセットを引き出すことができました。一連の41遺伝子が最良のマーカーであると同定された。

意外にも、TimeSignature遺伝子のすべてが既知の「コアクロック」回路の一部であるわけではありません。その多くは、免疫システムのような他の生物学的機能の遺伝子であり、日々変動する時計によって駆動されます。これは、概日制御がどれほど重要であるかを示しています。他の生物学的プロセスへの影響が非常に強いので、これらのプロセスを使用して時計を監視することができます。

これらの41遺伝子の活動に基づいて、TimeSignatureマシンをトレーニングして時刻を予測しました。 TimeSignatureは、訓練データに基づいて、さまざまなパターンの遺伝子活動が異なる時間帯とどのように相関するかを「知る」ことができました。これらのパターンを習得した後、TimeSignatureはこれらの遺伝子の活性を組み合わせて分析し、体がそれを考える時間を調整することができます。例えば、7：00が外にあるかもしれませんが、あなたの血液中の遺伝子活動は5：00のパターンに対応するかもしれません。それは5：00が体内にあることを示しています。

次に、TimeSignatureアルゴリズムを残りのデータに適用してテストし、非常に正確であることを実証しました。人の内部時間を1.5時間以内に推測することができました。また、世界中のさまざまなラボで収集されたデータにもアルゴリズムが適用されることを示し、容易に採用できることを示しました。また、睡眠不足やジェット遅れであっても、TimeSignatureテストで人の本質的なリズムを高精度に検出できることを実証できました。

TimeSignatureで健康を調和させる

概日リズムを測定しやすくすることで、TimeSignatureは時間をパーソナライズド・メディケーションに統合する幅広い可能性を広げます。健康への概日リズムの重要性は注目されていますが、実際に働く仕組みを理解する上では、表面を傷つけるだけです。 TimeSignatureを使用することで、研究者は2回の単純な血液採取を使用してこの重要な測定値を組み込むことで、研究における内部時間の非常に正確な測定値を簡単に含めることができるようになりました。 TimeSignatureは、科学者が生理学的時計が様々な疾患のリスク、新薬の有効性、研究や運動のための最良の時間などにどのように影響するかを調査することを可能にします。

もちろん、やるべきことはたくさんあります。日周期のミスアライメントが病気の危険因子であることはわかっていますが、ミスアライメントがどれだけ悪いのかはまだ分かりません。 TimeSignatureは、さらなるリサーチを可能にして、概日リズムと疾患との間の正確な関係を定量化する。病気の有無にかかわらず、時間の経過を比較することで、病気とどのように相関しているのかを調査し、リスクのある人を予測することができます。

私たちは、TimeSignatureがあなたの医者のオフィスに入り、あなたの概日の健康をコレステロールテストと同じくらい迅速に、簡単かつ正確に監視できるようになると考えています。例えば、多くの薬物に最適な投与時間がありますが、血圧の薬や化学療法を受けるのに最適な時期は、他の人と異なる場合があります。

以前はこれを測定する臨床的に実現可能な方法はありませんでしたが、TimeSignatureを使用すると、単純な血液検査を行い、41遺伝子の活動を分析し、最も効果的な利益をもたらす時間を推奨することができます。私たちはまた、あなたの体の時計が外部時刻と同期していないときの概日のずれが、治療可能な認知機能低下の危険因子; TimeSignatureを使用することで、誰がリスクにあるのかを予測し、潜在的に時計に合わせることができます。