Цирканные ритмы и календарные клетки млекопитающих

Два механизма регулируют сезонную физиологию и поведение млекопитающих, в том числе и человека. Это секреция мелатонина в зависимости от продолжительности светового дня и автономная генерация цирканного ритма. В обзоре приведены факты, указывающие на возможность мелатонин-зависимой регуляции экспрессии календарных генов. Возможно, мелатониновая регуляция представляет собой молекулярный механизм отсчета цирканных ритмов.

Агранулярные секреторный клетки pars tubularis (PT) гипофиза представляют собой модельный объект, поскольку экспрессируют большое количество mt1 рецепторов мелатонина, и считаются задействованными в цирканной регуляции секреции пролактина и соответствующих изменениях всего организма.

Исследования сезонности размножения хомяков и овец показали, что цирканная экспрессия календарных генов зависит от долготы светового дня, опосредованной сигналом мелатонина. В РТ сирийских и сибирских хомяков ритмичная экспрессия гена Per1 усиливается на рассвете и ослабевает в условиях короткого дня (КД), причем эффект КД аналогичен введению мелатонина. Дальнейшие исследования показали, что в РТ экспрессируютя много календарных генов (Bmal1, Clock, Per1, Per2, Cry1 и Cry2 и др.), и их экспрессия подчиняется 24х часовому циклу освещенности. Причем этот ритм не совпадает с ритмом супрахиазмального ядра гипоталамуса (SCN, nucleus suprachiasmatisus), центральный водитель околосуточного ритма.

Ген Per1 активируется на рассвете (начало световой фазы), тогда как Cry1 – на закате (выключение освещения). Таким образом, определяемое долготой светового дня соотношение фаз экспрессии Cry и Per, проявляющееся в взаимодействии белков CRY/PER представляет собой потенциальный механизм дешифровки сигнала мелатонина для формирования ответа с окологодичным периодом цикличности.

В данном обзоре сделана попытка выявить другие календарные клетки в пределах ЦНС, которые контролируют периодичность размножения и других сезонных изменений. Вторая задача – изучить, является ли молекулярный механизм поддержания цирканных ритмов – консервативным для млекопитающих.

Реферат основан на обзоре, опубликованном в Journal of Endocrinology в 2003-м году
G A Lincoln, H Andersson and A Loudon

«Clock genes in calendar cells as the basis of annual timekeeping in mammals – a unifying hypothesis».

Механизмы поддержания долгосрочных ритмов

Механизмы долгосрочного отслеживания времени распространены в природе. Они позволяют организмам подготовиться к изменениям среды задолго до их начала, помогают выживать и успешно размножаться. Цикличность активности гонад, линьки покровов, потребления пищи, массы тела и спячки существует у многих млекопитающих.

Сезонные ритмы точно отлажены, так что детеныши рождаются в наиболее благоприятный период, или например организм мобилизуется перед суровой зимой. Сирийские и сибирские хомяки, овцы, белки, норки, лисы, медведи, олени, обезьяны – наиболее изученные виды, и для каждого из них выявлены специфические наборы сезонных адаптаций.

Указанные представители обитают в условиях севера, но цикличность в репродуктивном периоде необходима и тропическим животным. Так, особи в популяции могут синхронно приступать к размножению, готовиться к сезону дождей или уменьшать потери от хищников (например тропические летучие мыши и лемуры), или же за счет асинхронности снижать конкуренцию среди самцов за право спариваться (например мужские особи азиатского и африканского слона или тропический олень).

Самцы пятнистого оленя, живущего около экватора, имеют схожий тестикулярный ритм секреции, тогда как связанный с ним рост рогов определяется ритмом каждой конкретной особи.

Тропический цирканный ритм сохраняется, даже если животное перевезти в северные широты, передаваясь в исходном варианте во многих поколениях. (Loudon & Curlewis 1988, Lincoln et al. 1996b).

Выделяют два механизма поддержания цирканных притмов у млекопитающих.

Первый – фотопериодизм, это отслеживание годичного изменения длины светового дня и соответствующие изменения в физиологии и поведении.

(Tamarkin et al. 1985).

фотопериодизм осуществляется с помощью фотоиндукции – генетически запрограммированный ответ на смену длинного светового дня на короткий и наоборот.

Этот процесс тесно связан с фоторефрактерностью – изменение в физиологии через недели или месяцы, противоположные начальным. Действуя на подобии отрицательной обратной связи, фоторефрактерность позволяет замкнуть цикл.

На рисунке 1 показан график фотопериод-зависимой секреции пролактина и зависимая от него линька у сибирского хомяка и овец.

Секреция пролактина усиливается на фоне длинного светового периода, запуская физиологические ответы, характерные для лета. Имитирующий зимний период короткий фотопериод, наоборот - угнетает секрецию пролактина.

Сибирские хомяки проявляют фоторефрактерность в ответ на продленный режим короткого светового дня. Так, через 38 недель уровень пролактина достигает летней нормы, также формируется присущая лету окраска агути.

(Bockers et al. 1997, Kuhlmann et al. 2003)

Рефрактерность в данном случае имеет важное биологическое значение: она позволяет животному начать адаптацию к весенне-летнему периоду до выхода из зимней спячки.

Второй механизм представляет собой генерацию непосредственно цирканного ритма. Эта способность была подмечена у многих долгоживущих млекопитающих, независимо от географической широты. Цирканные ритмы продолжают проявлять себя в потомстве, при помещении в зоопарк, несмотря на изменившиеся (выровненные человеком) условия обитания.

(Gwinner 1986, Woodfill et al. 1994)

У некоторых животных (например, зимующей земляной белки, тропических летучих мышей) эндогенный цирканный ритм доминирует, несмотря на несоответствие его фотопериодизму новой среды обитания, тогда как другие животные (например, олени, овцы) подвержены совместному влиянию фотопериодизма и внутреннего цирканного ритма. В последнем случае, фотопериодизм может определять – запускать или нет цирканные ритмы, причем фоторефрактерность при постоянной продолжительности светового дня в таком случае – не отличается от запуска цирканного ритма.

Следовательно, эндогенный регулятор, ответственный за начало фоторефрактерности и генератор цирканных ритмов могут быть единым, наследуемым образованием.

(Prendergast et al. 2002).

Это предполагает наличие единого молекулярного механизма, лежащего в основе генерации цирканных ритмов – подобного тому, что был открыт для циркадианных ритмов.

(Reppert & Weaver 2002)

В генерации циркадианных ритмов задействованы 12 генов (открытых на данный момент), взаимодействующих таким образом, что обеспечивают авторегуляцию поочередной транскрипции самих себя. Эти гены экспрессируются в SCN, где они формируют центральный циркадианный песмейкер. Наблюдается экспрессия этих генов и в других нейрональных клетках, но назначение ее пока неясно.

Влияние мелатонина на календарные клетки

У млекопитающих фотопериодизм определяется тем, как эпифиз преобразует продолжительность фотопериода в сигнал мелатонина и от того, как продолжительность сигнала мелатонина будет преобразована в цирканный ритм.

Свет действует исключительно на рецепторы сетчатки, оказывая влияние на синтез мелатонина двумя различными путями.

Первый – коррекция циркадианных ритмов нейронов SCN.

(Sumova et al. 1995, Nuesslein-Hildesheim et al. 2000)

SCN регулирует циркадианные ритмы сна-бодрствования, температуру тела и др.

Второй – по ретино-гипоталамо-симпатическому пути, ингибирует выброс мелатонина.

Таким образом, секреция мелатонина приходится на ночное время суток.

Мелатонин секретируется в кровоток и ликвор (где и наблюдается его максимальная концентрация

(Malpaux et al. 2001) Липофильная природа мелатонина гарантирует его своевременную доставку во все органы и клетки, способные воспринять его сигнал.

Сигнал мелатонина способны воспринимать клетки гипофиза, SCN и, возможно, клетки других тканей. Чувствительные клетки экспрессируют высокочувствительные mt1 рецепторы, способные различить короткий (6-10ч) и длинный (12-16ч) сигнал мелатонина. Эта информация воспринимается именно календарными клетками, т.к. они обладают аппаратом для определения разницы длительности сигнала, а так же способны генерировать долговременный физиологический и/или поведенческий ответ.

Таким образом, календарные клетки встречаются в различных органах и выполняют свою специфическую функцию – разделяют длинный и короткий сигналы мелатонина.

На данный момент наилучшим образом охарактеризованы агранулярные секреторные клетки РТ гипофиза, ответственные за секрецию пролактины и зависимые от него физиологические и поведенческие изменения – линку, прием пищи, уровень метаболизма, активность гонад и т.д.

Предполагается, что клетки РТ, воспринимающие сигнал мелатонина, передают команду к секреции пролактина лактотрофам дистальной части гипофиза посредством тубералинов – релизинг-факторов пролактина, работающих паракринными факторами в пределах гипофиза

(Hazlerigg et al. 1996, Morgan et al. 1996)

Исследования на животных показали, что содержание тубералинов возрастает при длинном фотопериоде и уменьшается при коротком, а так же ингибируется мелатонином.

Расшифровка сигнала мелатонина в календарных клетках РТ

О важности РТ в регуляции мелатонином биологических ритмов свидетельствует высокое сродство ткани к мелатонину (I125меченный мелатонин) а так же топография РТ – в непосредственной близости от гипофиза.

(Morgan 2000, Hazlerigg et al. 2001).

На примере РТ изучались молекулярные механизмы расшифровки сигнала мелатонина. Использовались также модели in vivo с разобщенной гипоталамо-гипофизарной связью для выяснения роли РТ в регуляции секреторной активности лактотрофов.

Мелатонин взаимодействует с mt1 рецептором, экспрессированным на клетке РТ,

это вызывает ингибирование аденилат-циклазы, что ведет к дозозависимому уменьшению кол-ва сАМР в клетке. Одновременно увеличивается количество ранних рецепторов сАМР(ICER), то есть происходит сенсибилизация клетки в сАМР.

Так, мелатонин с одной стороны угнетает синтез сАМР, а с другой – при долгом воздействии – повышает (отложенную на 8-16ч) чувствительность к нему клетки.

Экспрессия генов Per1 и ICER I зависит от времени суток. Пик их экспрессии приходится на начало световой фазы, тогда как пик гена Cry приходится на закат.

Механизм работы календарных клеток в РТ

Продолжительность светового дня влияет на относительное время начала экспрессии генов, отвечающих за суточные ритмы. Так, пик экспрессии генов Per1,2 приходится на начало световой фазы, а пик гена Cry1,2 приходится на начало ночной фазы.

Если посчитать интервал между пиками экспрессии, то полученная величина Q=Cry-Per будет зависеть от продолжительности фотопериода.

На модели SCN известно, что продукты генов, белки–факторы транскрипции Per и Cry формируют гетеродимерные комплексы, накапливающиеся в цитоплазме, прежде, чем попасть в ядро.

Подобных исследований на РТ не проводилось, но, предположительно, регулируемая мелатонином (через фотопериодизм) величина Q контролирует соотношение гетеродимеров PER-CRY в цитоплазме, а эти транскрипционные факторы, в свою очередь, регулируют специфическую секрецию календарных клеток.

Расположение других календарных клеток

Считается, что различные типы календарных клеток, расположенные в мозге, гипофизе и других органах позволяют лучше регулировать сезонную физиологию работы отдельных органов.

Пролактиновая ось

Календарные клетки РТ находятся в непосредственной близости к эффекторам – лактотрофам.

(Lincoln et al. 1978)

Пролактин действует системно и на отдельные ткани (см.выше), в т.ч. осуществляя отрицательную обратную связь на уровне гипоталамуса. Короткое время ответа обусловлено непосредственной близостью регуляторный календарных клеток и эффекторного звена – лактотрофов.

Hinds & Loudon 1997, Lincoln 1999).

Ось гонадотропина

Календарные клетки, осуществляющие сезонный контроль гонадотропной оси расположены в мозге, но не в гипофизе. На это указывают эксперименты по хирургическому разобщению различных частец мозга. К примеру, электролитическое разобщение медиобазального гипоталамуса (MBH) приводит к нарушениям тестикулярного ритма, и невосприимчивости этого ритма к введениям в кровь мелатонина.

Maywood & Hastings 1995).

Локальное введение мелатонина в части гипоталамуса имеет определенные эффекты на ритм активности гонад.

(Lincoln & Maeda 1992a,b, Malpaux et al. 1995, 1998

Раздражение электродами, введенными именно в MBH (а не в преоптическую область, латеральный гипоталамус или гипофиз) вызывает секрецию гонадотропина у животных, содержащихся в условиях короткого светового дня (в этих условиях высокий уровень мелатонина и секреция гонадотропина в норме подавлена). Исследования показали, что существует несколько областей мозга, в результате локального введения мелатонина дающих фоторефрактерность по репродуктивной оси.

(Freeman & Zucker 2001)

Фенотип календарных клеток в пределах репродуктивной оси не определен ни у одного млекопитающего, но вероятными кандидатами представляются дофаминэргические и/или РОМС-эргические клетки.

(Goodman et al. 2002, Lincoln 2002, Thiery et al. 2002).

Считается, что они модулируют секрецию гонадотропин релизинг-фактора.

Для фотопериодического контроля репродуктивной оси характерно долгое время ответа предположительно из-за более сложного нейроэндокринного регуляторного звена.

(Lincoln 1999, Billings et al. 2002)

О природе календарных клеток репродкутивной оси может сказать следующий эксперимент: при тиреоидэктомии нарушается ритм секреции гонадотропина, но не пролактина. Это еще один факт в пользу нейрональной природы регуляции репродуктивной оси (эффекторы передают сигнал по тироксин-зависимым синапсам)

Соматотропная ось

На данный момент меньше всего изучены механизмы сезонной регуляции массы тела и уровня метаболизма. По результатам экспериментов можно утверждать лишь то, что отвечающие за соматотропную ось календарные клетки располагаются в гипоталамусе и локализованы в нескольких местах.

Секреция NPY, AGRP, орексина может модулироваться введением в MBH мелатонина. Иссечение nucleus arcuatus гипоталамуса приводит к нарушению как фотопериодического, так и гомеостатического контроля приема пищи и массы тела.

(Lincoln et al. 2001).

МОЗГ ГИПОФИЗ ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ

ТКАНИ

Обобщенная модель цирканных ритмов

Окологодичные физиологические ритмы реализуются через механизм календарных клеток в гипофизе, гипоталамусе и, возможно, в других отделах мозга. Календарные клетки регулируют сезонную физиологию и поведение. Календарные клетки имеют различный фенотип, в зависимости от того, нервную или эндокринную систему они регулируют.

Наличие нескольких отдельных календарных систем, подчиняющихся общему для них сигналу мелатонина согласуется с результатами экспериментов по разобщению отделов мозга, продлению сигнала мелатонина, приводящих к диссоциации ритмов.

Календарные клетки экспрессируют полный набор генов, необходимый для молекулярного механизма. Кроме циркадианного ритма экспрессии генов семейств Per и Cry, существует механизм, позволяющий по количественной экспрессии генов распознать фазу цирканного цикла и обеспечивающий адекватный физиологический ответ.

Механизм определения фазы годичного цикла – дискуссионный вопрос.

Одной из версий является привязка к количеству комплекса PER-CRY в цитоплазме, а эти транскрипционные факторы, в свою очередь, регулируют специфическую секрецию календарных клеток.

Человеку свойственна секреция всех элементов фотопериодической сезонной регуляции, однако в относительно малой степени по сравнению с другими млекопитающими.

(Roenneberg & Aschoff 1990, Wehr 2001).

Для человека свойственно сезонность в рождении детей, качестве семени, вероятности близнецов, метаболизме углеводов, динамике веса и в поведении включая нервные расстройства и невротическую булимию.

(Wehr & Rosenthal 1989, Blouin et al. 1992, Wirz-Justice et al. 2001)

Перспективы вопроса:

Следует попытаться изучать сезонность физиологии человека с тем, чтобы в дальнейшем применять эти знания для диагностики, лечения нарушений.

Структура PER-CRY комплексов и их влияние на транскрипцию изучены слабо.

Соотносить новые экспериментальные данные с общей гипотезой цирканных ритмов, дорабатывать гипотезу, искать новые модели

Список литературы:

Anderson GM & Barrell GK 1998 Effects of thyroidectomy and thyroxine replacement on seasonal reproduction in the red deer hind. Journal of Reproduction and Fertility 113 239–250.

Archer ZA, Findlay PA, Rhind SM, Mercer JG & Adam CL 2002 Orexin gene expression and regulation by photoperiod in the sheep hypothalamus. Regulatory Peptides 104 41–45.

Bartness TJ, Demas GE & Song CK 2002 Seasonal changes in adiposity: the roles of the photoperiod, melatonin and other hormones, and sympathetic nervous system. Experimental Biology and Medicine 227 363–376.

Billings HJ, Viguie C, Karsch FJ, Goodman RL, Connors JM & Anderson GM 2002 Temporal requirements of thyroid hormones for seasonal changes in LH secretion. Endocrinology 143 2618–2625.

Bittman EL, Bartness TJ, Goldman BD & DeVries GJ 1991 SCN lesions block responses to systemic melatonin infusions in Siberian hamsters. American Journal of Physiology 260 R102–R112.

Blouin A, Blouin J & Aubin P 1992 Seasonal patterns of bulimia nervosa. American Journal of Psychiatry 149 73–81.

Bockers TM, Bockmann J, Salem A, Niklowitz P, Lerchl A, Huppertz M, Wittkowski W & Kreutz MR 1997 Initial expression of the common alpha-chain in hypophyseal pars tuberalis-specific cells in spontaneous recrudescent hamsters. Endocrinology 138 4101–4108.

Chemineau P, Daveau A, Pelletier J, Malpaux B, Karsch FJ & Viguie C 2003 Changes in the 5-HT2A receptor system in the premammillary hypothalamus of the ewe are related to regulation of LH pulsatile secretion by an endogenous circannual rhythm. BMC Neuroscience 4 1.

Clarke IJ, Cummins JT & de Kretser DM 1983 Pituitary gland function after disconnection from direct hypothalamic influences in sheep. Neuroendocrinology 36 376–384.

Clarke IJ, Rao A, Chilliard Y, Delavaud C & Lincoln GA 2003 Photoperiod effects on gene expression for hypothalamic appetiteregulating peptides and food intake in the ram. American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative and Comparative Physiology 284 R101–R115.

Freeman DA & Zucker I 2001 Refractoriness to melatonin occurs independently at multiple brain sites in Siberian hamsters. PNAS 98 6447–6452.

von Gall C, Garabette ML, Kell CA, Frenzel S, Dehghani F, Schumm-Draeger PM, Weaver DR, Korf HW, Hastings MH & Stehle JH 2002 Rhythmic gene expression in pituitary depends on heterologous sensitization by the neurohormone melatonin. Nature Neuroscience 5 234–238.

Goldman BD 2001 Mammalian photoperiodic system: formal properties and neuroendocrine mechanisms of photoperiodic time measurement. Journal of Biological Rhythms 16 283–301.

Goodman RL, Gibson M, Skinner DC & Lehmen MN 2002 Neuroendocrine control of pulsatile GnRH secretion during the ovarian cycle: evidence from the ewe. Reproduction Supplement 59 41–56.

Goss RJ 1977 Photoperiodic control of antler cycles in deer. (iv) Effects of constant light:dark ratios on circannual rhythms. Journal of Experimental Zoology 201 379–383.

Gwinner E 1986 Circannual Rhythms: Endogenous Annual Clocks in the Organization of Seasonal Processes. Berlin, Heildelberg: Springer- Verlag. Hazlerigg DG, Gonzalez-Brito A, Lawson W, Hastings MH & Morgan PJ 1993 Prolonged exposure to melatonin leads to time-dependent sensitization of adenylate cyclase and downregulates melatonin receptors in pars tuberalis cells from ovine pituitary. Endocrinology 132 285–292.

Hazlerigg DG, Hastings MH, & Morgan PJ 1996 Production of a prolactin releasing factor by the ovine pars tuberalis. Journal of Neuroendocrinology 8 489–492.

Hazlerigg DG, Morgan PJ & Messager S 2001 Decoding photoperiodic time and melatonin in mammals: what can we learn from the pars tuberalis? Journal of Biological Rhythms 16 326–335.

Hinds LA & Loudon ASI 1997 Mechanisms of seasonality in marsupials: a comparative view. In Marsupial Biology – Recent Research, New Perspectives, pp 41–70. Eds NR Saunders & LA Hinds. Sydney: UNSW Press. Howles CM, Craigon H & Haynes NB 1982 Long-term rhythms of testicular volume and plasma prolactin concentrations in rams reared for three years in constant photoperiod. Journal of Reproduction and Fertility 65 439–446.

Illnerova H & Sumova A 1997 Photic entrainment of the mammalian rhythm in melatonin production. Journal of Biological Rhythms 12 547–555.

Johnston JD, Cagampang FRA, Stirland JA, Carr AJF, White MRH, Davis JRE & Loudon ASI 2003 Evidence for an endogenous Per1 and ICER-independent seasonal timer in the hamster pituitary gland. FASEB Journal 17 810–815.

Karsch FJ, Robinson JE, Woodfill CJ & Brown MB 1989 Circannual cycles of luteinizing hormone and prolactin secretion in ewes during prolonged exposure to a fixed photoperiod: evidence for an endogenous reproductive rhythm. Biology of Reproduction 41 1034–1046.

Klein DC, Coon SL, Roseboom PH, Weller JL, Bernard M, Gastel JA, Zatz M, Iuvone PM, Rodriguez IR, Begay V, Falcon J et al. 1997 The melatonin rhythm-generating enzyme: molecular regulation of serotonin N-acetyltransferase in the pineal gland. Recent Progress in Hormone Research 52 307–357.

Kuhlmann MT, Clemen G & Schlatt S 2003 Molting in the Djungarian hamster (Phodopus sungorus, Pallas): seasonal or continuous process? Journal of Experimental Zoology. Part A, Comparative Experimental Biology 295 160–171.

Kume K, Zylka MJ, Sriram S, Shearman LP, Weaver DR, Jin X, Maywood ES, Hastings MH & Reppert SM 1999 mCRY1 and mCRY2 are essential components of the negative limb of the circadian clock feedback loop. Cell 98 193–205.

Lee TM & Zucker I 1991 Suprachiasmatic nucleus and photic entrainment of circannual rhythms in ground squirrels. Journal of Biological Rhythms 6 315–330.

Lincoln GA 1999 Melatonin modulation of prolactin and gonadotrophin secretion. Systems ancient and modern. Advances in Experimental Medicine and Biology 460 137–153.

Lincoln GA 2002 Neuroendocrine regulation of seasonal gonadotrophin and prolactin rhythms: lessons from the Soay ram model. Reproduction Supplement 19 131–147.

Lincoln GA & Clarke IJ 1994 Photoperiodically-induced cycles in the secretion of prolactin in hypothalamo–pituitary disconnected rams: evidence for translation of the melatonin signal in the pituitary gland. Journal of Neuroendocrinology 6 251–260.

Lincoln GA & Clarke IJ 1997 Refractoriness to a static melatonin signal develops in the pituitary gland for the control of prolactin secretion in the ram. Biology of Reproduction 57 460–467.

Lincoln GA & Clarke IJ 2000 Role of the pituitary gland in the development of photorefractoriness and generation of long-term changes in prolactin secretion in rams. Biology of Reproduction 62 432–448.

Lincoln GA & Clarke IJ 2002 Noradrenaline and dopamine regulation of prolactin secretion in sheep: role in prolactin homeostasis but not photoperiodism. Journal of Neuroendocrinology 14 36–44.

Lincoln GA & Maeda KI 1992a Reproductive effects of placing micro-implants of melatonin in the mediobasal hypothalamus and preoptic area in rams. Journal of Endocrinology 132 201–215.

Lincoln GA & Maeda K 1992b Effects of placing micro-implants of melatonin in the mediobasal hypothalamus and preoptic area on the secretion of prolactin and beta-endorphin in rams. Journal of Endocrinology 134 437–448.

Lincoln GA & Richardson M 1998 Photo-neuroendocrine control of seasonal cycles in body weight, pelage growth and reproduction: lessons from the HPD sheep model. Comparative Biochemistry and Physiology. Part C, Pharmacology, Toxicology and Endocrinology 119 283–294.

Lincoln GA, McNeilly AS & Cameron CL 1978 The effects of a sudden decrease or increase in daylength on prolactin secretion in the ram. Journal of Reproduction and Fertility 52 305–311.

Lincoln GA, Clarke IJ & Sweeney T 1996a ‘Hamster-like’ cycles in testicular size in the absence of gonadotrophin secretion in HPD rams exposed to long-term changes in photoperiod and treatment with melatonin. Journal of Neuroendocrinology 8 855–866.

Lincoln GA, Dayawansa N & Ratnasooriya WD 1996b Antler cycles in male axis deer, Axis axis, living in Sri Lanka close to the equator. In Biology of Deer. Ed J Milne. MLURI, Edinburgh: McCaulay Land Use Research Institute Publication. Lincoln GA, Rhind SM, Pompolo S & Clarke IJ 2001 Hypothalamic control of photoperiod-induced cycles in food intake, body weight, and metabolic hormones in rams. American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative and Comparative Physiology 281 R76–R90.

Lincoln G, Messager S, Andersson H & Hazlerigg D 2002 Temporal expression of seven clock genes in the suprachiasmatic nucleus and the pars tuberalis of the sheep: evidence for an internal coincidence timer. PNAS 99 13890–13895.

Lincoln GA, Andersson H & Clarke IJ 2003a Prolactin cycles in sheep under constant photoperiod: evidence that photorefractoriness develops within the pituitary gland independently of the prolactin output signal. Biology of Reproduction (In Press). Lincoln GA, Andersson H & Hazlerigg D 2003b Clock genes and the long-term regulation of prolactin secretion: evidence for a photoperiod/circannual timer in the pars tuberalis. Journal of Neuroendocrinology 15 390–397.

Loudon ASI 1994 Photoperiod and regulation of annual and circannual cycles of food intake. Proceedings of the Nutrition Society 53 477–489.

Loudon ASI & Curlewis JD 1988 Cycles of antler and testicular growth in an aseasonal tropical deer (Axis axis). Journal of Reproduction and Fertility 83 729–738.

McNulty S, Ross AW, Barrett P, Hastings MH & Morgan PJ 1994 Melatonin regulates the phosphorylation of CREB in ovine pars tuberalis. Journal of Neuroendocrinology 6 523–532.

Malpaux B, Skinner DC & Maurice F 1995 The ovine pars tuberalis does not appear to be targeted by melatonin to modulate luteinizing hormone secretion, but may be important for prolactin release. Journal of Neuroendocrinology 7 199–206.

Malpaux B, Daveau A, Maurice-Mandon F, Duarte G & Chemineau P 1998 Evidence that melatonin acts in the premammillary hypothalamic area to control reproduction in the ewe: presence of binding sites and stimulation of luteinizing hormone secretion by in situ microimplant delivery. Endocrinology 139 1508–1516.

Malpaux B, Migaud M, Tricoire H & Chemineau P 2001 Biology of mammalian photoperiodism and the critical role of the pineal gland and melatonin. Journal of Biological Rhythms 16 336–347.

Martinet L, Mondain-Monval M & Monnerie R 1992 Endogenous circannual rhythms and photorefractoriness of testis activity, moult and prolactin concentration in mink (Mustella vison). Journal of Reproduction and Fertility 95 325–338.

Maywood ES & Hastings MH 1995 Lesions of the iodomelatoninbinding sites of the mediobasal hypothalamus spare the lactotropic, but block the gonadotropic response of male Syrian hamsters to short photoperiod and to melatonin. Endocrinology 136 144–153.

Messager S, Ross AW, Barrett P & Morgan PJ 1999 Decoding photoperiodic time through Per1 and ICER gene amplitude. PNAS 96 9938–9943.

Messager S, Hazlerigg DG, Mercer JG & Morgan PJ 2000 Photoperiod differentially regulates the expression of Per1 and ICER in the pars tuberalis and the suprachiasmatic nucleus of the Siberian hamster. European Journal of Neuroscience 12 2865–2870.

Messager S, Garabette ML, Hastings MH & Hazlerigg DG 2001 Tissue-specific abolition of Per1 expression in the pars tuberalis by pinealectomy in the Syrian hamster. Neuroreport 12 579–582.

Morgan PJ 2000 The pars tuberalis: the missing link in the photoperiodic regulation of prolactin secretion. Journal of Neuroendocrinology 12 287–295.

Morgan PJ & Mercer JG 2002 The regulation of body weight: lessons from the seasonal animal. Proceedings of the Nutrition Society 60 127–134.

Morgan PJ, Barrett P, Howell HE & Helliwell R 1994 Melatonin receptors: localization, molecular pharmacology and physiological significance. Neurochemistry International 24 101–146.

Morgan PJ, Webster CA, Mercer JG, Ross AW, Hazlerigg DG, MacLean A & Barrett P 1996 The ovine pars tuberalis secretes a factor(s) that regulates gene expression in both lactotropic and nonlactotropic pituitary cells. Endocrinology 137 4018–4026.

Morgan PJ, Ross AW, Graham ES, Adam C, Messager S & Barrett P 1998 oPer1 is an early response gene under photoperiodic regulation in the ovine pars tuberalis. Journal of Neuroendocrinology 10 319–323.

Murphy CT, McCarroll SA, Bargmann CI, Fraser A, Kamath RS, Ahringer J, Li H & Kenyon C 2003 Genes that act downstream of DAF-16 to influence the lifespan of Caenorhabditis elegans. Nature 424 277–284.

Nuesslein-Hildesheim B, O’Brien JA, Ebling FJ, Maywood ES & Hastings MH 2000 The circadian cycle of mPER clock gene products in the suprachiasmatic nucleus of the Siberian hamster encodes both daily and seasonal time. European Journal of Neuroscience 12 2856–2864.

Pengelly ET & Amundson SJ 1974 Circannual rhythmicity in hibernating animals. In Circannual Clocks: Annual Biological Rhythms, pp 96–160. Ed ET Pengelly. New York: Academic Press. Picazo RA & Lincoln GA 1995 Light control of the duration of the daily melatonin signal under long and SD in the Soay ram. Role of inhibition and entrainment. Journal of Biological Rhythms 10 55–63.

Prendergast BJ, Mosinger B Jr, Kolattukudy PE & Nelson RJ 2002 Hypothalamic gene expression in reproductively photoresponsive and photorefractory Siberian hamsters. PNAS 99 16291–16296.

Reppert SM & Weaver DR 2002 Coordination of circadian timing in mammals. Nature 418 935–941.

Reppert SM, Weaver DR & Ebisawa T 1994 Cloning and characterization of a mammalian melatonin receptor that mediates reproductive and circadian responses. Neuron 13 1–20.

Roenneberg T & Aschoff J 1990 Annual rhythm of human reproduction: II. Environmental correlations. Journal of Biological Rhythms 5 217–239.

Rousseau K, Atcha Z & Loudon ASI 2003 Leptin and seasonal mammals. Journal of Neuroendocrinology 15 (In Press). Stehle JH, von Gall C, Schomerus C & Korf HW 2001 Of rodents and ungulates and melatonin: creating a uniform code for darkness by different signalling mechanisms. Journal of Biological Rhythms 16 312–325.

Stirland JA, Johnston JD, Cagampang FR, Morgan PJ, Castro MG, White MR, Davis JR & Loudon AS 2001 Photoperiodic regulation of prolactin gene expression in the Syrian hamster by a pars tuberalis-derived factor. Journal of Neuroendocrinology 13 147–157.

Sumova A, Travnickova Z, Peters R, Schwartz WJ & Illnerova H 1995 The rat suprachiasmatic nucleus is a clock for all seasons. PNAS 92 7754–7758.

Tamarkin L, Baird CJ & Almeida OF 1985 Melatonin: a coordinating signal for mammalian reproduction? Science 227 714–720.

Thiery JC, Chemineau P, Hernandez X, Migaud M & Malpaux B 2002 Neuroendocrine interactions and seasonality. Domestic Animal Endocrinology 23 87–100.

Tilbrook AJ, de Kretser DM & Clarke IJ 1999 Seasonal changes in the negative feedback regulation of the secretion of the gonadotrophins by testosterone and inhibin in rams. Journal of Endocrinology 160 155–167.

Wehr TA 2001 Photoperiodism in humans and other primates: evidence and implications. Journal of Biological Rhythms 16 348–364.

Wehr TA & Rosenthal NE 1989 Seasonality and affective illness. American Journal of Psychiatry 146 829–839.

Williams LM, Lincoln GA, Mercer JG, Barrett P, Morgan PJ & Clarke IJ 1997 Melatonin receptors in the brain and pituitary gland of hypothalamo–pituitary disconnected Soay rams. Journal of Neuroendocrinology 9 639–643.

Wirz-Justice A, Krauchi K & Graw P 2001 An underlying circannual rhythm in seasonal affective disorder? Chronobiology International 18 309–313.

Woodfill CJ, Wayne NL, Moenter SM & Karsch FJ 1994 Photoperiodic synchronization of a circannual reproductive rhythm in sheep: identification of season-specific time cues. Biology of Reproduction 50 965–976.