Циркадные часы могут сохранить физическую форму даже в условиях длительного пищевого стресса

Согласно исследованию, опубликованному сегодня в электронная жизнь.

Открытие помогает объяснить, почему изменения циркадных ритмов организма, такие как работа в ночную смену и нарушение биоритмов, могут увеличить риск метаболических заболеваний, таких как диабет.

Циркадные часы тесно связаны с метаболизмом: с одной стороны, часы ритмично модулируют многие метаболические пути, а с другой – питательные вещества и метаболические сигналы влияют на функцию часов. Это достигается за счет точно настроенных петель обратной связи, где одни положительные компоненты часов активируют другие, а те затем отрицательно реагируют на первоначальные активирующие компоненты.

Поскольку глюкоза влияет на очень многие сигнальные пути, считается, что дефицит глюкозы может нарушить петли обратной связи в циркадных часах и помешать их способности поддерживать постоянный ритм. Мы хотели изучить, как хроническая депривация глюкозы влияет на молекулярные часы и какую роль часы играют в адаптации к голоданию».

Анита Сёке, ведущий автор, аспирант кафедры физиологии, Университет Земмельвайса, Будапешт, Венгрия

Использование грибка Нейроспора красса В качестве модели команда сначала рассмотрела, как глюкозное голодание в течение 40 часов повлияло на два основных компонента часов, называемых комплексом белых воротничков (WCC), состоящим из двух субъединиц WC-1 и 2, и частоты (FRQ). Они обнаружили, что уровни WC1 и 2 постепенно снижались примерно до 15% и 20% от начальных уровней перед голоданием, тогда как уровни FRQ оставались прежними, но изменялись за счет добавления многих фосфатных групп (процесс, называемый гиперфосфорилированием). Обычно гиперфосфорилирование не позволяет FRQ ингибировать активность WCC, поэтому авторы предположили, что более высокая активность может ускорить деградацию WCC. Когда они посмотрели на последующие действия WCC, было мало различий между голодающими клетками и теми, которые все еще растут в глюкозе. В совокупности это говорит о том, что циркадные часы все еще надежно функционировали и управляли ритмичной экспрессией клеточных генов во время глюкозного голодания.

Чтобы глубже изучить важность молекулярных часов в адаптации к лишению глюкозы, команда использовала нейроспора штамм, лишенный домена WC-1 WCC. Затем они сравнили уровни экспрессии генов после глюкозного голодания с нейроспора содержащие неповрежденные молекулярные часы. Они обнаружили, что длительное голодание по глюкозе затронуло более 20% кодирующих генов, и что 1377 из этих 9758 кодирующих генов (13%) показали штаммоспецифические изменения в зависимости от того, есть ли у клеток молекулярные часы. Это означает, что часы являются важным механизмом реакции клеток на недостаток глюкозы.

Затем команда проверила, важно ли наличие функциональных часов для восстановления клеток после глюкозного голодания. Они обнаружили, что рост нейроспора клетки, лишенные функционального FRQ или WCC, были значительно медленнее, чем у нормальных клеток, когда добавлялась глюкоза, что означает, что функциональные часы поддерживают регенерацию клеток. Более того, когда они изучали транспортную систему глюкозы, используемую в нейроспораОни обнаружили, что клетки, у которых отсутствуют функциональные часы, не могут наладить производство важного переносчика глюкозы, чтобы получить больше питательных веществ в клетку.

«Заметные различия в восстановительном поведении штаммов грибов с функциональными молекулярными часами и без них позволяют предположить, что адаптация к изменению доступности питательных веществ более эффективна, когда в клетке работают циркадные часы», — заключает старший автор Кристина Калди, доцент Университета Земмельвайса. «Это говорит о том, что компоненты часов оказывают большое влияние на балансировку энергетических состояний внутри клеток, и подчеркивает важность часов в регулировании обмена веществ и здоровья».