Modeling the effect of oscillation in receptor expression on synchrony in the mammalian circadian model

The suprachiasmatic nucleus (SCN) is located in the hypothalamus and contains the circadian mammalian pacemaker that is responsible for endogeneous biological timekeeping. The neurotransmitter Vasoactive Intestinal Peptide (VIP) and its receptor VPAC2 are implicated in the photic entrainment and cell to cell communication among limit-cycle oscillator neurons of the SCN. We now report a model of cell-level core circadian pacemaker coupling 16 neurons in a grid by the neuropeptide-receptor communication, reproducing the SCN network of cells. We estimated the parameters of new coupling mechanism with a genetic algorithm, finding 27 parameter sets that produced synchrony in the rhythms of PER2 clock protein. Adding VPAC2 receptor oscillations, the model displays a consistent Phase Response Curve (PRC) and achieves faster synchrony with respect to the coupled model without receptor oscillations Il suprachiasmatic nuclei (SCN) è una parte dell’ipotalamo ed è riconosciuto in letteratura come l’organo deputato a conferire l’intrinseco ritmo biologico che caratterizza il ritmo circadiano. Il neurotrasmettitore VIP e il suo recettore VPAC2 sono coinvolti nel photic entrainment e nella comunicazione tra i neuroni del SCN, caratterizzati dall’oscillare con un periodo che tende ad un ciclo limite di 24 ore. Riportiamo un modello di cell-level circadian oscillator, costruendo una griglia con 16 neuroni che possono comunicare per rifasarsi ed oscillare in sincronia grazie alla dinamica VIP-VPAC2. Abbiamo stimato i parametri che abbiamo integrato al modello con un algoritmo genetico. Il nuovo modello è caratterizzato da un PRC consistente e raggiunge più velocemente uno stazionario in cui i neuroni sono sincroni