eLife: циркадные часы помогают клеткам восстанавливаться после голодания

Клетки с функционирующими молекулярными часами могут лучше адаптироваться к изменениям в потреблении глюкозы и быстрее восстанавливаться после длительного голодания, говорится в исследовании, опубликованном в журнале eLife.

Это открытие помогает объяснить, почему изменения в циркадных ритмах организма, такие как работа в ночную смену и смена часовых поясов, могут повышать риск метаболических заболеваний, таких как диабет.

Циркадные часы тесно связаны с метаболизмом: с одной стороны, часы ритмично модулируют многие метаболические пути, а с другой стороны, питательные вещества и метаболические сигналы влияют на работу часов. Это достигается благодаря тонко настроенным петлям обратной связи, когда одни положительные компоненты часов активируют другие компоненты, которые затем негативно реагируют на первоначальные активирующие компоненты.

«Поскольку глюкоза влияет на такое большое количество сигнальных путей, существует гипотеза, что дефицит глюкозы может нарушить петлю обратной связи в циркадных часах и помешать их способности поддерживать постоянный ритм, — объясняет ведущий автор исследования Анита Секе, аспирант кафедры физиологии Университета Земмельвейса в Будапеште, Венгрия. — Мы хотели изучить, как хроническое лишение глюкозы влияет на молекулярные часы и какую роль играют часы в адаптации к голоданию».

Используя модель гриба Neurospora crassa, команда сначала исследовала, как 40 часов голодания с глюкозой повлияли на два основных компонента часов, называемых комплексом белого воротничка (WCC), который состоит 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 их первоначального уровня до голодания, соответственно, в то время как уровни FRQ оставались неизменными, но изменялись за счет добавления большого количества фосфатных групп (процесс, называемый гиперфосфорилированием).

Обычно гиперфосфорилирование не позволяет FRQ ингибировать активность WCC, поэтому авторы предположили, что повышенная активность может ускорить деградацию WCC. Когда они посмотрели на последующее действие WCC, то обнаружили, что разница между голодающими клетками и клетками, которые продолжали расти в глюкозе, была незначительной. В целом, это говорит о том, что циркадные часы по-прежнему надежно функционируют, контролируя ритмичную экспрессию клеточных генов во время глюкозного голодания.

Для дальнейшего изучения важности молекулярных часов в адаптации к недостатку глюкозы команда использовала штамм Neurospora, лишенный домена WC-1 WCC. Затем они сравнили уровни экспрессии генов после глюкозного голодания с Neurospora, содержащей неповрежденные молекулярные часы.

Специалисты обнаружили, что длительное голодание глюкозой повлияло на более чем 20% кодирующих генов, и что 1 377 из этих 9 758 кодирующих генов (13%) показали штаммоспецифические изменения в зависимости от того, были ли у клеток молекулярные часы. Это указывает на то, что часы являются важной частью механизма, с помощью которого клетки реагируют на лишение глюкозы.

Затем команда исследовала, важно ли наличие функциональных часов для восстановления клеток после глюкозного голодания. Выяснилось, что рост клеток Neurospora без функциональных FRQ или WCC был значительно медленнее, чем рост нормальных клеток после добавления глюкозы. Это указывает на то, что функциональные часы способствуют восстановлению клеток.

Кроме того, когда ученые исследовали систему переноса глюкозы, используемую в Neurospora, они обнаружили, что клетки, лишенные функциональных часов, не смогли сформировать ключевой транспортер глюкозы, который поставляет больше питательных веществ в клетку.

«Удивительные различия между поведением грибковых штаммов с функциональными молекулярными часами и без них позволяют предположить, что адаптация к изменениям в доступности питательных веществ происходит более эффективно, когда работают клеточные циркадные часы, — заключает ведущий автор исследования Кристина Калди, доцент Университета Семмельвейса. — Это говорит о том, что компоненты часов оказывают значительное влияние на баланс энергетических состояний в клетках, и подчеркивает важность часов в регуляции метаболизма и здоровья».

Эксклюзивный перевод*

Фото: Секе и др.

Поделиться:

Подписывайтесь на краткие, но содержательные новости со всего мира
глазами молодого поколения в Телеграм и ВКонтакте.

Почитайте также

Имплантируемые батареи, потребляющие кислород, помогают убить рак

588 Несмотря на десятилетия исследований и десятки миллиардов долларов, потраченных на исследования и лечение во …