Ciclurile de hrănire și post stimulează expresia genelor circadiene în ficat

Știri Salk

Alimentarea ceasului

Ciclurile de hrănire și post stimulează expresia genelor circadiene în ficat

24 noiembrie 2009

LA JOLLA, CA - Când mâncați poate fi la fel de vital pentru sănătatea voastră ca ceea ce mâncați, cercetătorii au descoperit la Institutul Salk pentru Studii Biologice. Experimentele lor la șoareci au arătat că depilarea zilnică cu creșterea și diminuarea a mii de gene în ficat - camera de compensare metabolică a corpului - este controlată în principal de aportul de alimente și nu de ceasul circadian al corpului, așa cum o avea înțelepciunea convențională.

„Dacă timpul de hrănire determină activitatea unui număr mare de gene complet independent de ceasul circadian, atunci când mănânci și postesti în fiecare zi va avea un impact uriaș asupra metabolismului tău”, spune liderul studiului Satchidananda (Satchin) Panda, Ph.D. ., profesor asistent în laboratorul de biologie de reglementare.

Descoperirile cercetătorilor Salk, care vor fi publicate într-un număr viitor al Proceedings of the National Academy of Sciences, ar putea explica de ce lucrătorii în schimburi sunt neobișnuit de predispuși la sindrom metabolic, diabet, niveluri ridicate de colesterol și obezitate.

salk

Imagine de sus: Christopher Vollmers
Amabilitatea Institutului Salk pentru Studii Biologice. Imaginea de jos: prin amabilitatea lui Christopher Vollmers, Salk Institute for Biological Studies

„Credem că nu munca în schimburi în sine face ravagii în metabolismul corpului, ci schimbarea schimburilor și a weekend-urilor, când lucrătorii trec la un ciclu regulat zi-noapte”, spune Panda.

La mamifere, sistemul de sincronizare circadian este compus dintr-un ceas circadian central în creier și oscilatoare secundare în majoritatea țesuturilor periferice. Ceasul principal din creier este setat de lumină și determină preferințele generale diurne sau nocturne ale unui animal, inclusiv ciclurile de somn-veghe și comportamentul de hrănire. Ceasurile din organele periferice sunt în mare parte insensibile la schimbările din regimul luminos. În schimb, faza și amplitudinea lor sunt afectate de mulți factori, inclusiv timpul de hrănire.

Ceasurile în sine păstrează timpul până la scăderea și creșterea activității genetice într-un program de aproximativ 24 de ore, care anticipează schimbările de mediu și adaptează multe dintre funcțiile fiziologice ale corpului la momentul adecvat al zilei.

"Oscilatorul hepatic în special ajută organismul să se adapteze la un model zilnic de disponibilitate a hranei, reglând temporar activitatea a mii de gene care reglementează metabolismul și fiziologia", spune Panda. Aceasta reglementare este foarte importanta, deoarece absenta unui ceas circadian robust predispune organismul la diferite disfunctii metabolice si boli.

În ciuda importanței sale, nu a fost clar dacă ritmurile circadiene din transcripția hepatică au fost controlate exclusiv de ceasul ficatului în așteptarea hranei sau au răspuns la consumul real de hrană.

Pentru a investiga cât de multă influență exercită aportul de alimente ritmice asupra oscilatorului circadian hepatic, studentul absolvent și primul autor Christopher Vollmers a pus șoareci normali și cu deficiență de ceas pe hrăniri și posturi de post strict controlate în timp ce monitorizează expresia genelor în întregul genom.

El a descoperit că punerea șoarecilor pe un program strict de hrănire de 8 ore/16 ore de post a restabilit modelul de transcripție circadiană a majorității genelor metabolice din ficatul șoarecilor fără ceas circadian. Dimpotrivă, în timpul postului prelungit, doar un mic subset de gene a continuat să fie transcris într-un model circadian chiar și cu un ceas circadian funcțional prezent.

„Transcrierea indusă de alimente funcționează ca un cronometru de nisip metabolic care funcționează 24 de ore și este resetat continuu de programul de hrănire, în timp ce ceasul circadian central este condus de ritmuri autosustenabile care ne ajută să anticipăm mâncarea, pe baza programului nostru obișnuit de consum” spune Vollmers. "Dar în lumea reală nu mâncăm în același timp în fiecare zi și are sens perfect să creștem activitatea genelor metabolice atunci când aveți cea mai mare nevoie de ele."

De exemplu, genele care codifică enzimele necesare pentru descompunerea zaharurilor cresc imediat după masă, în timp ce activitatea genelor care codifică enzimele necesare descompunerii grăsimilor este cea mai mare atunci când postim. În consecință, un program de hrănire zilnic clar definit pune enzimele metabolismului în ture și optimizează arderea zahărului și a grăsimilor.

„Studiul nostru reprezintă o schimbare seminală în modul în care gândim despre ciclurile circadiene”, spune Panda. „Ceasul circadian nu mai este singurul motor al ritmurilor în funcția genelor, în schimb faza și amplitudinea funcției genei ritmice în ficat sunt determinate de perioadele de hrănire și de post - cu cât sunt mai definite, cu atât oscilațiile devin mai robuste”.

În timp ce importanța ritmurilor metabolice solide pentru sănătatea noastră a fost demonstrată de riscul crescut al lucrătorilor în schimburi de a dezvolta sindrom metabolic, motivele moleculare de bază sunt încă neclare. Panda speculează că oscilațiile au un scop important: separarea proceselor incompatibile, cum ar fi generarea speciilor reactive de oxigen care dăunează ADN-ului și replicarea ADN-ului.

Panda, de pildă, a încetat să mai mănânce între orele 20:00 și 08:00 și spune că se simte minunat. „Am slăbit chiar, deși mănânc orice vreau în timpul zilei”, spune el.

Cercetătorii care au contribuit, de asemenea, la lucrare includ cercetătorul postdoctoral Luciano DiTacchio, dr., Studenții absolvenți Sandhyarani Pulivarthy și Shubhrox Gill, precum și asistentul de cercetare Hiep Le, toate în laboratorul de biologie de reglementare.

Lucrarea a fost finanțată parțial de Institutele Naționale de Sănătate și de Programul Pew Scholars în Științe Biomedice.


Despre Institutul Salk pentru Studii Biologice:
Institutul Salk pentru Studii Biologice este una dintre instituțiile de cercetare de bază din lume, în care facultățile de renume internațional examinează întrebări fundamentale ale științelor vieții într-un mediu unic, colaborativ și creativ. Concentrați atât pe descoperire, cât și pe mentorarea generațiilor viitoare de cercetători, oamenii de știință Salk aduc contribuții revoluționare la înțelegerea cancerului, a îmbătrânirii, a Alzheimerului, diabetului și a tulburărilor cardiovasculare, prin studierea neuroștiințelor, geneticii, biologiei celulelor și plantelor și a disciplinelor conexe.