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Capturez tout ce qui brille dans les galaxies

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Capturez tout ce qui brille dans les galaxies

Crédit : Centre de vol spatial Goddard de la NASA

Une équipe de recherche internationale étudiera les étoiles, les amas d’étoiles et la poussière dans 19 galaxies proches.

Pour comprendre les galaxies, vous devez comprendre comment les étoiles se forment. Plus de 100 chercheurs du monde entier ont collaboré pour compiler des observations de galaxies spirales proches prises avec les télescopes radio, visibles et ultraviolets les plus puissants au monde – et ajouteront bientôt une suite complète d’images infrarouges haute résolution de Nasac’est Télescope spatial James Webb. Grâce à cet ensemble de données révolutionnaire, les astronomes pourront étudier les étoiles lorsqu’elles commencent à se former dans des nuages ​​​​de gaz sombres et poussiéreux, les démêler lorsque ces étoiles naissantes explosent loin de ce gaz et de cette poussière, et identifier les étoiles plus matures qui crachent. des couches de gaz et de poussière, tout cela, pour la première fois dans une variété de galaxies spirales.

Galaxie NGC 3351

Cette image de la galaxie spirale NGC 3351 combine les observations de plusieurs observatoires pour révéler des détails sur ses étoiles et ses gaz. Les observations radio du Atacama Large Millimeter/Submatrix Array (ALMA) montrent un gaz moléculaire dense en violet. L’instrument MUSE (Multi-Unit Spectral Explorer) du Very Large Telescope se distingue alors que de jeunes étoiles massives illuminent leur environnement en rouge brillant. Les images du télescope spatial Hubble mettent en évidence les bandes de poussière en blanc et les étoiles nouvellement formées en bleu. Les images infrarouges haute résolution du télescope spatial Webb aideront les chercheurs à déterminer où les étoiles se forment derrière la poussière et à étudier les premiers stades de la formation des étoiles dans cette galaxie. Crédit : Science : NASA, ESA, ESO-Chili, ALMA, NAOJ, NRAO ; Traitement d’image : Joseph DePasquale (STScI)

Les spirales sont parmi les formes les plus captivantes de l’univers. Ils apparaissent dans des coquillages complexes, des toiles d’araignées soigneusement construites et même dans les boucles des vagues de l’océan. Les spirales à l’échelle cosmique – comme on le voit dans les galaxies – sont encore plus impressionnantes, non seulement pour leur beauté, mais aussi pour la quantité d’informations qu’elles contiennent. Comment se forment les étoiles et les amas d’étoiles ? Jusqu’à récemment, la réponse complète était hors de portée, barrée par le gaz et la poussière. Au cours de sa première année d’exploitation, le télescope spatial James Webb de la NASA aidera les chercheurs à réaliser une cartographie plus détaillée du cycle de vie stellaire à l’aide d’images infrarouges haute résolution de 19 galaxies.

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Le télescope fournira également quelques « pièces de puzzle » clés qui manquaient jusqu’à présent. « JWST touche de nombreuses phases différentes du cycle de vie stellaire – toutes avec une précision incroyable », a déclaré Janice Lee, scientifique en chef à l’observatoire NOIRLab Gemini de la National Science Foundation à Tucson, en Arizona. « Webb révélera la formation d’étoiles à ses débuts, tout comme le gaz s’effondre pour former des étoiles et la poussière environnante se réchauffe. »

Leigh a été rejoint par David Thalker de l’Université Johns Hopkins à Baltimore, Maryland, Katherine Krickell de l’Université de Heidelberg en Allemagne, et 40 autres membres du programme d’enquête à plusieurs longueurs d’onde connu sous le nom de PHANGS (High Angular Resolution Physics of Near Galaxies). leur mission ? Non seulement pour percer les mystères de la formation d’étoiles à l’aide des images infrarouges haute résolution de Webb, mais aussi pour partager des ensembles de données avec l’ensemble de la communauté astronomique afin d’accélérer la découverte.

Rythmes de formation des étoiles

PHANGS est nouveau, en partie parce qu’il a réuni plus de 100 experts internationaux pour étudier la formation des étoiles du début à la fin. Ils ciblent des galaxies visibles de face depuis la Terre et situées en moyenne à 50 millions d’années-lumière. La collaboration majeure a commencé avec des images micro-ondes de 90 galaxies dans l’amas Atacama Large Millimeter/Sub-millimeter (Alma) au Chili. Les astronomes utilisent ces données pour produire des cartes de gaz moléculaires afin d’étudier les matières premières nécessaires à la formation des étoiles. Une fois dans très grand télescopespectrophotomètre multi-unitésEspére), également au Chili, en ligne, et a obtenu des données connues sous le nom de spectres pour étudier les dernières étapes de la formation d’étoiles pour 19 galaxies, en particulier après que les amas d’étoiles aient éliminé le gaz et la poussière à proximité. basé dans l’espace Le télescope spatial Hubble Il a fourni des observations optiques visibles et ultraviolettes de 38 galaxies pour ajouter des images haute résolution d’étoiles individuelles et d’amas d’étoiles.

Galaxie NGC 1300

Cette image de la galaxie spirale NGC 1300 combine plusieurs observations pour cartographier les amas d’étoiles et les gaz. La lumière radio observée par l’Atacama Large Millimeter/Subscale Array (ALMA), représentée en jaune, met en évidence des nuages ​​de gaz moléculaire froid qui fournissent les matières premières à partir desquelles les étoiles se forment. Les données de l’instrument MUSE (Multi-Unit Spectrograph) du Very Large Telescope sont représentées en rouge et violet, capturant l’effet des jeunes étoiles massives sur le gaz environnant. La lumière visible et ultraviolette capturée par le télescope spatial Hubble met en évidence les bandes de poussière en or et les étoiles très chaudes en bleu. Les images infrarouges haute résolution du télescope spatial Webb aideront les chercheurs à déterminer où les étoiles se forment derrière la poussière et à étudier les premiers stades de la formation des étoiles dans cette galaxie.
Crédits : Science : NASA, ESA, ESO-Chili, ALMA, NAOJ, NRAO ; Traitement d’image : Alyssa Pagan (STScI)

Les éléments manquants, que Webb remplira, se trouvent en grande partie dans des régions de galaxies obscurcies par la poussière – des régions où les étoiles commencent activement à se former. « Nous verrons clairement des amas d’étoiles au cœur de ces nuages ​​moléculaires denses dont nous n’avions auparavant que des preuves indirectes », a déclaré Thalker. « Webb nous donne un moyen de regarder à l’intérieur de ces » usines à étoiles « pour voir les amas d’étoiles nouvellement assemblés et mesurer leurs propriétés avant qu’ils n’évoluent. »

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Les nouvelles données aideront également l’équipe à déterminer l’âge des groupes d’étoiles dans un échantillon diversifié de galaxies, ce qui aidera les chercheurs à construire des modèles statistiques plus précis. « Nous contextualisons toujours les petites échelles dans la grande image des galaxies », a expliqué Krickell. « En utilisant Webb, nous tracerons la séquence évolutive des étoiles et des amas d’étoiles de chaque galaxie. »

Une autre réponse importante qu’ils recherchent concerne la poussière entourant les étoiles dans le milieu interstellaire. Webb les aidera à identifier les régions de gaz et de poussière associées à des régions spécifiques de formation d’étoiles, et quelles régions interstellaires flottent librement. « Ce n’était pas possible auparavant, en dehors des galaxies les plus proches », a ajouté Thelker.

L’équipe travaille également à comprendre le moment du cycle de formation des étoiles. « Les délais sont très importants en astronomie et en physique », m’a-t-il dit. « Combien de temps dure chaque étape de la formation d’étoiles ? Comment ces échelles de temps peuvent-elles différer dans différents environnements galactiques ? Nous voulons mesurer le temps que ces étoiles se libèrent de leurs nuages ​​de gaz pour comprendre comment la formation d’étoiles est perturbée. »

connaissance pour tous

Ces notes Webb seront prises dans le cadre du programme du Trésor, ce qui signifie qu’elles sont non seulement immédiatement disponibles pour le public, mais qu’elles auront également une valeur scientifique large et durable. L’équipe créera et publiera des ensembles de données qui alignent les données de Webb avec chacun des ensembles de données complémentaires d’ALMA, MUSE et Hubble, permettant aux futurs chercheurs de creuser facilement dans chaque galaxie et ses amas d’étoiles, en basculant entre différentes longueurs d’onde et en zoomant. sur pixels photos individuelles. Ils fourniront des inventaires des différentes phases du cycle de formation des étoiles, y compris les régions de formation des étoiles, les jeunes étoiles, les amas d’étoiles et les caractéristiques de la poussière locale.

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Cette recherche sera menée dans le cadre des programmes General Observer (GO) de Webb, qui sont sélectionnés de manière compétitive à l’aide d’un système de double examen anonyme, le même système utilisé pour allouer du temps sur le télescope spatial Hubble.

Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire scientifique spatial au monde. Webb résoudra les mystères de notre système solaire, regardera au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et explorera les structures et les origines mystérieuses de notre univers et notre place dans celui-ci. Webb est un programme international mené par la NASA avec ses partenaires l’ESA (Agence Spatiale Européenne) et l’Agence Spatiale Canadienne.

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L’époque du silicium est-elle révolue ? Un nouveau panneau solaire organique offre une plus grande efficacité

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L’époque du silicium est-elle révolue ?  Un nouveau panneau solaire organique offre une plus grande efficacité

Des chercheurs de l’Université du Kansas ont réalisé des progrès majeurs dans la compréhension des semi-conducteurs organiques, suggérant la possibilité de développer des cellules solaires plus efficaces et plus polyvalentes.

Depuis de nombreuses années, le silicium domine la scène de l’énergie solaire. Son efficacité et sa durabilité en ont fait le matériau privilégié pour les panneaux photovoltaïques. Cependant, les cellules solaires à base de silicium sont rigides et coûteuses à produire, ce qui limite leur potentiel pour les surfaces courbes.

Ces matériaux à base de carbone, qui sont des semi-conducteurs organiques, offrent une alternative viable à moindre coût et avec une plus grande flexibilité. « Ces matériaux peuvent réduire le coût de production des panneaux solaires, car ils peuvent être peints sur des surfaces aléatoires en utilisant des méthodes basées sur des solutions, tout comme la façon dont nous peignons un mur », a expliqué Wai Lun Chan, professeur adjoint de physique et d’astronomie à l’Université. du Kansas.

Mais ces matériaux semi-conducteurs organiques ne se limitent pas à des économies de coûts. Ils ont la capacité d’être réglés pour absorber des longueurs d’onde spécifiques de la lumière, ouvrant ainsi une multitude de nouvelles possibilités. « Ces propriétés rendent les panneaux solaires organiques particulièrement adaptés à une utilisation dans les bâtiments verts et durables de nouvelle génération », a noté Chan. Imaginez des panneaux solaires transparents et colorés, parfaitement intégrés aux conceptions architecturales.

Malgré tous ces avantages, les cellules solaires organiques ont du mal à égaler l’efficacité de leurs homologues au silicium. Alors que les panneaux de silicium peuvent convertir jusqu’à 25 % de la lumière solaire en électricité, l’efficacité des cellules organiques se situe généralement autour de 12 %. Cette lacune s’est avérée être un obstacle important à une adoption généralisée.

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Libérez l’efficacité

Les développements récents ont ravivé l’enthousiasme autour des semi-conducteurs organiques. Une nouvelle classe de matériaux appelés biodégradables non fullerènes (NFA) a poussé l’efficacité des cellules solaires organiques à près de 20 %, réduisant ainsi l’écart avec le silicium.

L’équipe de recherche du Kansas a tenté de comprendre pourquoi les NFA fonctionnent bien mieux que les autres semi-conducteurs organiques. Leurs recherches ont conduit à une découverte surprenante : dans certaines conditions, les électrons excités dans les NFA peuvent gagner de l’énergie de leur environnement plutôt que de la perdre.

Cette conclusion va à l’encontre des idées reçues. « Cette observation est contre-intuitive car les électrons excités perdent généralement leur énergie dans l’environnement, comme une tasse de café chaud perd sa chaleur dans l’environnement », explique Chan.

Dirigée par l’étudiant diplômé Kaushal Rijal, l’équipe a mené une expérience en utilisant une technique de pointe appelée spectroscopie de photoémission à deux photons résolue dans le temps. Cette méthode leur a permis de retracer l’énergie des électrons excités jusqu’à moins d’un billionième de seconde.

Un allié inattendu

Les chercheurs pensent que ce gain d’énergie inhabituel provient d’une combinaison de mécanique quantique et de thermodynamique. Au niveau quantique, les électrons excités peuvent sembler se trouver simultanément sur plusieurs particules.

Lorsque ce comportement quantique est couplé à la deuxième loi de la thermodynamique, il inverse la direction du flux de chaleur.

« Pour les molécules organiques disposées dans une nanostructure spécifique, la direction typique du flux de chaleur s’inverse pour augmenter l’entropie totale », a expliqué Regal dans un communiqué de presse. « Ce flux de chaleur inversé permet aux excitons neutres de gagner de la chaleur de l’environnement et de se dissocier en une paire de charges positives et négatives. Ces charges libres peuvent à leur tour produire un courant électrique. »

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Au-delà des cellules solaires

Au-delà de l’amélioration des cellules solaires, l’équipe pense que leurs découvertes peuvent être appliquées à d’autres domaines de recherche sur les énergies renouvelables. Ils pensent que le mécanisme découvert mènera au développement de photocatalyseurs plus efficaces pour convertir le dioxyde de carbone en carburant organique.

« Bien que l’entropie soit un concept bien connu en physique et en chimie, elle est rarement utilisée activement pour améliorer les performances des dispositifs de conversion d’énergie », a souligné Regal.

Les résultats de l’équipe ont été publiés dans la revue Matériaux avancés.

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Les scientifiques examinent le calcul du réservoir chimique à l’aide de la réaction formose

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Les scientifiques examinent le calcul du réservoir chimique à l’aide de la réaction formose

Présentation schématique de l’ordinateur de réservoir Formos. Droits d’auteur : nature (2024). DOI : 10.1038/s41586-024-07567-x

Des chercheurs de l’Institut des molécules et des matériaux de l’Université Radboud aux Pays-Bas ont démontré qu’un réseau complexe et auto-organisé de réactions chimiques peut effectuer diverses tâches informatiques, telles que la classification non linéaire et la prédiction de dynamiques complexes.

Le domaine de l’informatique moléculaire intéresse les chercheurs qui souhaitent exploiter la puissance de calcul des systèmes chimiques et biologiques. Dans ces systèmes, les réactions chimiques ou les processus moléculaires agissent comme un ordinateur réservoir, convertissant les entrées en sorties de grande dimension.

recherche, Publié dans naturedirigé par le professeur Wilhelm Hock de l’Université Radboud.

Les chercheurs ont exploité l’énorme potentiel offert par les réseaux chimiques et biologiques en raison de leurs capacités informatiques complexes. Cependant, la mise en œuvre du calcul moléculaire pose des défis en termes d’ingénierie et de conception.

Plutôt que d’essayer de concevoir des systèmes moléculaires pour effectuer des tâches informatiques spécifiques, le professeur Hook et son équipe explorent comment des systèmes chimiques naturellement complexes peuvent présenter des propriétés informatiques émergentes.

« Je suis très intéressé par les forces chimiques motrices qui ont donné naissance à la vie. Dans ce contexte, nous recherchons des mécanismes par lesquels l’évolution chimique peut façonner les propriétés de mélanges réactionnels complexes. Cette recherche nous a incité à réfléchir à la manière dont les systèmes moléculaires sont capables. pour traiter les informations », dit-il à Phys.org.

Interaction de Formose

La réaction au formaldéhyde est une réaction chimique dans laquelle des sucres sont synthétisés à partir du formaldéhyde en présence d’un catalyseur, l’hydroxyde de calcium. Cette réaction a été choisie en raison de ses propriétés uniques.

« Bien que la chimie puisse sembler complexe aux yeux des étrangers, la plupart des séquences de réactions sont assez linéaires. La réaction formose est le seul exemple d’un réseau de réactions auto-organisé avec une topologie hautement non linéaire, contenant de nombreuses boucles de rétroaction positives et négatives », a expliqué le professeur Hook.

En d’autres termes, la réaction n’est pas simple et aboutit à de multiples composés intermédiaires qui réagissent davantage pour former de nouveaux composés. Ces réactions dynamiques peuvent donner naissance à diverses espèces chimiques et sont de nature non linéaire.

De plus, le réseau comprend des boucles de rétroaction positives qui amplifient les résultats de la réaction, et des boucles de rétroaction négatives qui affaiblissent les résultats de la réaction.

Le réseau est dit « auto-organisé » car il se développe naturellement et réagit aux intrants chimiques sans nécessiter d’intervention extérieure, produisant une variété de résultats.

Les capacités informatiques émergent des propriétés inhérentes au réseau plutôt que d’être explicitement programmées, ce qui rend l’informatique très flexible.

Les scientifiques examinent le calcul du réservoir chimique à l'aide de la réaction formose

Mémoire et prédiction dans l’ordinateur du réservoir Formos. Droits d’auteur : nature (2024). DOI : 10.1038/s41586-024-07567-x

Implémentation d’un ordinateur de réservoir

Les chercheurs ont utilisé un réacteur à cuve mobile continue (CSTR) pour réaliser la réaction formose. Les concentrations d’entrée de quatre réactifs (formaldéhyde, dihydroxyacétone, hydroxyde de sodium et chlorure de calcium) sont contrôlées pour modifier le comportement du réseau réactionnel.

La molécule résultante est identifiée à l’aide d’un spectromètre de masse, ce qui permet de suivre jusqu’à 106 molécules. Ce paramètre peut être utilisé pour les calculs, où les concentrations de réactifs sont la valeur d’entrée pour toute fonction qui doit être calculée.

Mais d’abord, le système doit être entraîné pour trouver le résultat de ce calcul, qui est effectué à l’aide d’un ensemble de poids.

« Nous devons trouver un ensemble de poids qui convertissent les traces dans le spectromètre de masse en la valeur correcte pour le calcul. Il s’agit d’un problème de régression linéaire et mathématiquement simple. Une fois cela fait, l’ordinateur du réservoir calcule le résultat pour cette fonction. pour toute nouvelle contribution », a expliqué le professeur Hook.

Les poids sont des coefficients qui déterminent l’effet de chaque entrée sur la sortie. Cette étape de formation est essentielle car elle permet au réservoir d’apprendre et de prédire comment les changements dans les entrées affecteront la sortie afin de pouvoir prédire la sortie d’un nouvel ensemble d’entrées.

Capacités informatiques

Les chercheurs ont utilisé l’ordinateur du char pour effectuer plusieurs tâches. La première tâche consistait à effectuer des tâches de classification non linéaire. L’ordinateur du réservoir pourrait simuler toutes les portes logiques booléennes et même gérer des classifications plus complexes telles que XOR, les contrôleurs, les circuits et les fonctions sinusoïdales.

L’équipe a également montré qu’elle pouvait prédire le comportement du modèle de réseau métabolique complexe d’E. coli, en capturant avec précision les réponses linéaires et non linéaires aux entrées fluctuantes dans différentes plages de concentrations.

De plus, il a été démontré que le système est capable de prédire les états futurs d’un système chaotique (l’attracteur de Lorenz), en prédisant avec précision deux des trois dimensions d’entrée plusieurs heures dans le futur.

L’équipe de recherche a également découvert que certaines espèces chimiques du système ont une mémoire à court terme, conservant des informations sur les entrées précédentes.

Ils ont également démontré une preuve de concept pour une lecture chimique complète utilisant des réactions colorimétriques, montrant comment l’état d’un système peut être interprété sans appareils de mesure électroniques.

En d’autres termes, l’état du système peut être interprété à l’aide des changements de couleur résultant de réactions chimiques, éliminant ainsi le besoin d’appareils de mesure électroniques.

Les origines de la vie, l’informatique neuronale et au-delà

Cette nouvelle approche de l’informatique moléculaire pourrait contribuer à combler le fossé entre les systèmes artificiels et les capacités de traitement de l’information des cellules vivantes.

Cela suggère une approche plus évolutive et flexible de l’informatique moléculaire, ouvrant la possibilité de créer des systèmes chimiques autonomes capables de traiter les informations et de réagir à leur environnement sans contrôle électronique externe.

Le professeur Hook a exprimé l’intérêt de son équipe pour ce domaine en déclarant : « Pouvons-nous intégrer l’informatique de réservoir dans des systèmes chimiques qui détectent leur environnement, traitent ces informations et prennent les mesures appropriées ?

« Cela nécessitera de relier le réservoir à d’autres éléments capables de traduire les productions chimiques du cerveau en une forme de réponse mécanique ou en interaction avec des cellules vivantes, par exemple. »

Cette recherche a également des implications intéressantes concernant l’origine de la vie. Les propriétés informatiques émergentes de ce système chimique relativement simple pourraient donner un aperçu de la manière dont les premiers systèmes biologiques ont pu développer des capacités de traitement de l’information.

Le professeur Hook a déclaré que c’était sa principale motivation pour étudier l’arithmétique des chars.

L’équipe de recherche voit également un grand potentiel dans l’informatique neuromorphique, qui imite la structure neuronale et la fonction du cerveau humain pour améliorer l’efficacité et la puissance des calculs.

« Nous sommes très intéressés par l’exploration des frontières technologiques de la puissance de calcul dans un ordinateur à réservoir flou – il s’agit d’une recherche en cours en collaboration avec IBM Zurich. Le calcul en réservoir est un exemple d’informatique neuronale qui a gagné en intérêt car il devrait consommer moins d’énergie. que les ordinateurs conventionnels », a expliqué le professeur Hauck.

Plus d’information:
Matthieu J. Baltussen et al., Calcul du réservoir chimique dans un réseau réactionnel auto-organisé, nature (2024). DOI : 10.1038/s41586-024-07567-x

© 2024 Web de la science

la citationDes scientifiques montrent le calcul du réservoir chimique à l’aide de la réaction formose (13 juillet 2024). Extrait le 13 juillet 2024 de https://phys.org/news/2024-07-scientists-chemical-reservoir-formose-reaction.html

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Développement de nouveaux aptamères d’ADN de mélanopsine pour réguler les rythmes circadiens

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Développement de nouveaux aptamères d’ADN de mélanopsine pour réguler les rythmes circadiens

résumé:

Les aptamères d’ADN de mélanopsine qui régulent l’horloge des rythmes biologiques ont été développés par l’Université de technologie de Toyohashi et le groupe de l’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST).

Les aptamères d’ADN peuvent se lier spécifiquement aux biomolécules pour moduler leur fonction, ce qui en fait des agents thérapeutiques idéaux pour les oligonucléotides. Nous avons examiné l’aptamère ADN mélanopsine (OPN4), un photopigment bleu de la rétine qui joue un rôle clé dans l’utilisation des signaux lumineux pour réinitialiser la phase des rythmes circadiens de l’horloge centrale.

Tout d’abord, 15 aptamères d’ADN de mélanopsine (Melapts) ont été identifiés après huit cycles de Cell-SELEX en utilisant des cellules exprimant la mélanopsine sur la membrane cellulaire. Une analyse fonctionnelle ultérieure de Melapt a été réalisée dans une lignée cellulaire de fibroblastes exprimant de manière stable à la fois Période 2:ELuc et la mélanopsine en déterminant dans quelle mesure ils réinitialisent la phase des rythmes circadiens des mammifères en réponse à la stimulation de la lumière bleue. Période 2 L’expression rythmique a été surveillée sur une période de 24 heures Période 2 : ELuc: Thymidine kinase (TK):OPN4 Fibroblastes stables exprimant la mélanopsine. À l’aube, quatre mélaptes ont avancé leur phase de> 1, 5 h, tandis que sept mélaptes ont retardé leur phase de> 2 h. Un petit nombre de mélaptes a induit un déphasage d’environ 2 h, même en l’absence de stimulation lumineuse, peut-être parce que les mélaptes ne peuvent influencer que partiellement les signaux d’entrée pour le déphasage. De plus, quelques mélaptes ont provoqué des déphasages dans Période 1:: Des souris transgéniques luc (Tg) ont été utilisées pour surveiller les rythmes circadiens à travers… Période 1 Expression rythmique.

Ces aptamères d’ADN pourraient avoir la capacité d’affecter la mélanopsine In vivoEn résumé, les aptamères Melapts peuvent réguler avec succès le signal d’entrée et le déphasage (à la fois avance de phase et retard de phase) des rythmes circadiens des mammifères. dans le laboratoire Et In vivo.

détails:

Améliorer indirectement le cycle veille-sommeil en manipulant la capacité de la mélanopsine à transmettre des signaux à l’horloge centrale serait socialement et économiquement bénéfique.

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La mélanopsine est une protéine photoréceptrice exprimée dans les cellules ganglionnaires de la rétine qui absorbent la lumière bleue avec une absorption maximale de 477 nm. La mélanopsine est connue pour jouer un rôle important dans la réinitialisation de phase de l’horloge circadienne des mammifères par la lumière bleue et dans l’expression rythmique des gènes de l’horloge, par ex. Période 1,2 (Par1,2). La phase de l’horloge circadienne moléculaire est réinitialisée et dépend du moment de la stimulation lumineuse et de l’induction de la lumière transitoire. Pour chaque 1 Par les photorécepteurs de la mélanopsine (Figure 1). Récemment, les antagonistes de la mélanopsine acquis grâce au criblage chimique de bibliothèques chimiques contribuent principalement au retard de phase du rythme.

Dans cette étude, nous avons utilisé l’évolution cellulaire systématique des ligands par la méthode d’enrichissement exponentiel (Cell-SELEX) pour identifier les aptamères d’ADN (ADN simple brin ; ADNsb) qui provoquent un déphasage de la mélanopsine dans les rythmes circadiens. Au total, 15 aptamères de mélanopsine (Melapts 1 à 15) ont été analysés pour évaluer leur capacité à déphaser les rythmes circadiens. Par2::ELuc oscillations vitales dans Par2:ELuc:TK:Mel cellules stables, où suit le rapporteur biologique Par2 La région promotrice qui contrôle l’amplificateur de la luciférase émet une couleur verte à partir de Periarinus tremeteluminans, avec une expression accrue de la mélanopsine sous le contrôle du promoteur de la thymidine kinase (TK). Dans ces lignées de fibroblastes stables, la voie de signalisation est intégrée dans un fibroblaste imitant la voie de signalisation allant de la rétine à l’horloge centrale (noyau ou noyaux suprachiasmatiques : SCN) par la mélanopsine (Figure 2).

Les aptamères d’acide nucléique sont des molécules d’ARN/ARN courtes et simple brin qui peuvent se lier sélectivement à des cibles, protéines, peptides et autres molécules spécifiques, et peuvent être utilisées en clinique pour modifier la fonction des molécules cibles. Les principaux avantages de ces aptamères incluent leur spécificité cible élevée, leur immunogénicité et leur facilité de synthèse.

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Parmi les 15 aptamères d’ADN de mélanopsine (Melapts), quatre melapts ont provoqué une avance de phase et sept melapts ont provoqué un retard des rythmes circadiens (de > 1,5 h et > 2 h, respectivement) chez Par2::Lignée cellulaire ELuc. Un petit nombre de cellules Melapts ont induit des déphasages d’une durée d’environ 2 h, même en l’absence de photostimulation dans le laboratoire.

Melapt04 et Melapt10 ont induit une avance ou un retard de phase circadienne d’environ 3 heures, respectivement, dans CT22 et CT8 pendant le processus d’entrée du signal lumineux. Cela suggère que Melapt04 régule la phase des rythmes circadiens et facilite le sommeil et l’éveil, principalement par la progression des phases (Figure 3-5). Il existe deux types de mélaptes qui avancent et retardent le déphasage dans la même direction, quel que soit le moment du stimulus lumineux. Cependant, les trois Melaptes ont avancé et retardé le déphasage dans des directions opposées à l’aube et au crépuscule. Par conséquent, ces Melaptes devraient être utiles dans la régulation des phases des rythmes (Figures 6,7).

Nous avons joué In vivo Expériences similaires à dans le laboratoire Expériences visant à déterminer si la liaison de Melapt à la mélanopsine dans la rétine s’étendant jusqu’au noyau suprachiasmatique affecte les déphasages de l’horloge centrale du noyau suprachiasmatique. Pour chaque 1::Luc Souris transgéniques : des souris qui Pour chaque 1::Luc Le gène recombiné a été inséré dans le génome de toutes les cellules. Pour chaque 1::Luc C’est un gène recombiné Pour chaque 1 La région promotrice suit l’enzyme luciférase dérivée de la luciole en tant que rapporteur pour surveiller les rythmes circadiens.

Huit types de réponses de déphasage provoquant Melapt Par2 Des rythmes d’expression lors d’expériences in vitro ont été injectés dans des follicules oculaires Pour chaque 1:: souris Luc Tg à CT22 (Figure 8, 9). Melapt01, Melapt03, Melapt04, Melapt07, Melapt09 et Melapt10 ont montré des capacités de transformation de phase similaires à celles de Par2:ELuc:TK:Cellules stables Mel: In vivo Et dans le laboratoire.

L’effet de Melabit sur la transformation de phase dans… In vivo Les expériences peuvent être prédites à partir de dans le laboratoire De plus, des déphasages brutaux de trois heures ont été identifiés chez des animaux intacts, quel que soit l’ampleur de l’avance ou du retard des mélaptes dans Par2:Eluk:TK:Cellules de Mel.

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En conclusion:

En résumé, Melapts a pu réguler les signaux d’entrée et les déphasages pour obtenir une avance et un retard de phase dans les rythmes circadiens des mammifères. dans le laboratoire Et In vivo.

Les mélaptes pourraient contribuer aux recherches futures axées sur la réinitialisation des phases circadiennes. Les mélaptes pourraient nous aider à mieux nous adapter aux cycles de vie sociale modernes, permettre d’optimiser les cultures et les animaux domestiques pour une plus grande productivité et aider les travailleurs postés à surmonter le décalage social en ajustant les phases circadiennes. Ces mélaptes pourraient contribuer à réinitialiser la phase des horloges circadiennes dans les voies d’entrée photosynthétiques.

Organisme de financement:

Cette étude a été financée par un financement de recherche de TechnoPro Inc. TechnoPro R&D et le programme de parrainage des Jeunes Chercheurs en Recherche Interdisciplinaire de Pointe (RN). Le financement pour les scientifiques de Keban (n° RN 24590350 et 20H00614) a été obtenu de la Société japonaise pour la promotion de la science (JSPS), de la Mitsubishi Science Foundation (à RN) et d’une subvention de recherche pour l’innovation en science et technologie à l’Université de Toyohashi. de technologie (à RN). Cette étude a également été soutenue par le ministère de l’Éducation, de la Culture, des Sports, de la Science et de la Technologie du Japon (YN 21H02083).

source:

Référence dans le magazine :

Nakazawa, K. et autres(2024). Les aptamères d’ADN de mélanopsine peuvent réguler les signaux d’entrée des rythmes circadiens des mammifères en modifiant la phase de l’horloge moléculaire. Frontières des neurosciences. est ce que je.org/10.3389/fnins.2024.1186677.

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