Новое исследование описывает связь между циркадной и метаболической системами

Исследование биолога Университета Нотр-Дам Джайлса Даффилда и его коллег проливает свет на ген, играющий ключевую роль в модуляции циркадной системы организма и, возможно, одновременно — метаболической системы. Эта связь может иметь важные последствия для понимания повышенной частоты сердечно-сосудистых заболеваний, ожирения и диабета среди работников сменного труда.

Главные ("мастер") циркадные часы у человека находятся в супрахиазматическом ядре гипоталамуса и получают прямой сигнал от сетчатки глаза, что позволяет ежедневно сбрасывать или синхронизировать их с циклом свет–темнота. Помимо этих центральных часов, многие ткани тела, такие как печень и сердце, имеют свои периферические часы, которые регулируют локальные ритмы биохимии и физиологии.

В статье, опубликованной ранее в Current Biology, команда с помощью ДНК-микрочипов идентифицировала ген «Inhibitor of DNA-binding 2» (ID2), который ритмично экспрессируется в различных тканях, включая супрахиазматическое ядро. Исследователи создали "нокаутных" мышей, не экспрессирующих ген ID2. При сдвиге светового цикла (искусственный джетлаг) эти мыши адаптировались за 1–2 дня, в то время как обычным мышам требовалось 4–5 дней.

В новой работе, опубликованной в Journal of Biological Chemistry, учёные исследовали печень мышей с нокаутом ID2. Анализ ДНК-микрочипов (около 30 000 генов) показал, что около 2–3% генов, нормально экспрессируемых в печени, регулируются аномально, и многие из них являются ритмичными ("clock controlled genes", ccgs). Это указывает на важную роль ID2 в регуляции выхода сигнала от часов и формировании суточных ритмов биологических процессов в печени.

Поскольку печень — ключевой орган энергетического метаболизма, исследователи обнаружили, что отсутствие ID2 влияет на гены, связанные с суточным ритмом липидного и глюкозного гомеостаза, в частности, с регуляцией хранения липидов и процессами генерации энергии из жиров.

Нокаутные мыши не только демонстрировали аномальные изменения в активности генов в зависимости от времени суток, но и имели явные физиологические изменения: они были худыми, имели меньшее количество белого жира в брюшной полости и значительно меньше жировых капель в самой печени.

Ранее было показано, что белок ID2 может взаимодействовать с ключевыми компонентами циркадных часов — CLOCK и BMAL1. Новые данные позволяют предположить, что ID2 также регулирует выходной сигнал часов, связываясь с другими транскрипционными факторами. Поскольку уровень ID2 колеблется с 24-часовым периодом, он может привносить ритмическую информацию, формируя наши суточные циклы биохимии и физиологии.

«Связь между циркадными часами и метаболическим контролем становится всё более очевидной», — отмечает Даффилд. — Эта взаимосвязь имеет значение для сердечно-сосудистых заболеваний, ожирения и диабета. Примечательно, что частота таких заболеваний повышена среди работников сменного труда».