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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:hbz:385-11197
URL: http://ubt.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2018/1119/


Interaction between the Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis and the Circadian Clock System in Humans

Die Beziehung zwischen dem physiologischen Stress-System (Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse) und dem circadianen Rhythmus

Yurtsever, Türkan

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SWD-Schlagwörter: Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse , Das circadiane System , Cortisol , die circadiane Uhr-Gene , PERIOD Gene
Freie Schlagwörter (Deutsch): Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse , Das circadiane System , Cortisol , die circadiane Uhr-Gene, PERIOD gene
Freie Schlagwörter (Englisch): HPA axis , circadian clock system , cortisol , circadian clock genes , PERIOD genes
Institut: Psychologie
Fakultät: Fachbereich 1
DDC-Sachgruppe: Psychologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Meyer, Jobst (Prof. Dr. rar.nat)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 30.11.2017
Erstellungsjahr: 2017
Publikationsdatum: 30.01.2018
Kurzfassung auf Englisch: Rotation of the Earth creates day and night cycles of 24 h. The endogenous circadian clocks sense these light/dark rhythms and the master pacemaker situated in the suprachiasmatic nucleus of the hypothalamus entrains the physical activities according to this information. The circadian machinery is built from the transcriptional/translational feedback loops generating the oscillations in all nucleated cells of the body. In addition, unexpected environmental changes, called stressors, also challenge living systems. A response to these stimuli is provided immediately via the autonomic-nervous system and slowly via the hypothalamus–pituitary–adrenal (HPA) axis. When the HPA axis is activated, circulating glucocorticoids are elevated and regulate organ activities in order to maintain survival of the organism. Both the clock and the stress systems are essential for continuity and interact with each other to keep internal homeostasis.
The physiological interactions between the HPA axis and the circadian clock system are mainly addressed in animal studies, which focus on the effects of stress and circadian disturbances on cardiovascular, psychiatric and metabolic disorders. Although these studies give opportunity to test in whole body, apply unwelcome techniques, control and manipulate the parameters at the high level, generalization of the results to humans is still a debate. On the other hand, studies established with cell lines cannot really reflect the conditions occurring in a living organism. Thus, human studies are absolutely necessary to investigate mechanisms involved in stress and circadian responses. The studies presented in this thesis were intended to determine the effects of cortisol as an end-product of the HPA axis on PERIOD (PER1, PER2 and PER3) transcripts as circadian clock genes in healthy humans. The expression levels of PERIOD genes were measured under baseline conditions and after stress in whole blood. The results demonstrated here have given better understanding of transcriptional programming regulated by pulsatile cortisol at standard conditions and short-term effects of cortisol increase on circadian clocks after acute stress. These findings also draw attention to inter-individual variations in stress response as well as non-circadian functions of PERIOD genes in the periphery, which need to be examined in details in the future.
Kurzfassung auf Deutsch: Werden unsere Sinnesorgane plötzlich Stress-Stimuli ausgesetzt, reagiert das physiologische Stress-System (Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse (HHNA) mit einer Anpassung der Aktivitäten unserer Organe, um das Überleben zu sichern. Das circadiane System registriert den Wechsel von Tag und Nacht und passt die physiologischen Aktivitäten wie Verhalten, Nahrungsaufnahme und Schlaf einem 24-Stunden-Rhythmus an. Beide Systeme sind auf Genom-Ebene abhängig von Transkriptionsfaktoren und zeigen gegenseitige Wechselwirkungen. Des Weiteren beeinflussen beide Systeme das zentrale Nervensystem und die Funktionalität der peripheren Gewebe.
Die Wechselwirkungen zwischen der HHNA und dem circadianen System werden hauptsächlich in Tierstudien untersucht, die sich auf die Auswirkungen von Stress und circadianen Störungen auf kardiovaskuläre, psychiatrische und metabolische Prozesse fokussieren. Obwohl diese Studien die Möglichkeit bieten, im ganzen Körper zu testen, spezifische Techniken anzuwenden, alle Parameter auf hohem Niveau zu kontrollieren und zu manipulieren, wird über die Verallgemeinerung der Ergebnisse auf den Menschen immer noch debattiert. Auf der anderen Seite können Studien, die mit Zelllinien durchgeführt wurden, nicht wirklich die Bedingungen widerspiegeln, die in einem lebenden Organismus auftreten. Daher sind Studien am Menschen absolut notwendig, um Mechanismen zu untersuchen, die an Stress und cirkadianen Reaktionen beteiligt sind. Die in dieser Arbeit vorgestellten Studien untersuchen die Auswirkungen von Cortisol als Endprodukt der HHNA auf circadiane Uhr-Gene, wie PERIOD (PER1, PER2 und PER3) in gesunden Menschen. Die Expressionsmengen von PERIOD-Genen wurden unter Ausgangsbedingungen und nach Stress im Vollblut gemessen. Die hier gezeigten Ergebnisse sollen zu einem besseren Verständnis der transkriptionellen Programmierung circadianer Gene, die durch pulsierendes Cortisol bei Standardbedingungen und kurzfristige Effekte des Cortisolanstiegs nach akutem Stress reguliert wird, beitragen. Die Befunde weisen auch auf interindividuelle Variationen in der Stressantwort sowie auf nicht circadiane Funktionen von PERIOD-Genen in der Peripherie hin, die in Zukunft genauer untersucht werden müssen.

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