Okazało się, że wątroba jest w głównej mierze kontrolowana przez ilość spożywanego jedzenia, a nie, jak dotychczas zakładano, przez zegar fizjologiczny ludzkiego ciała.

„Podczas gdy czas jedzenia determinuje zachowanie się ogromnej liczby genów zupełnie niezależnych od zegara fizjologicznego, gdy będziesz jadł i pościł każdego dnia, będzie to miało duży wpływ na twój metabolizm,” wyjaśnia koordynator badań, doktor Satchidananda (Satchin) Panda, profesor nadzwyczajny z Regulatory Biology Laboratory.

Wyniki badań prowadzonych w Salk Institute zostaną opublikowane w najbliższym wydaniu magazynu  Proceedings of the National Academy of Sciences. Publikacja ta wyjaśni, między innymi, dlaczego osoby pracujące na różne zmiany są bardziej podatne na syndrom metaboliczny, cukrzycę, podwyższony poziom cholesterolu oraz otyłość.

„Uważamy, że praca na różne zmiany sama w sobie nie sieje spustoszenia w metabolizmie ludzkiego organizmu, lecz robi to zmienianie czasu pracy z dnia na noc oraz weekendy, gdy pracownicy znowu przestawiają się na normalny cykl dzień-noc,” tłumaczy profesor Panda.

U ssaków fizjologiczny system bazujący na czasie jest skomponowany na zasadzie fizjologicznego zegara, który znajduje się w naszym mózgu oraz z drugorzędnych oscylatorów umiejscowionych w najbardziej zewnętrznych tkankach. Główny zegar umiejscowiony w mózgu działa w oparciu o światło i determinuje nasze dzienne i nocne zachowania, włączając w to czas snu i czas pobudki oraz zwyczaje żywieniowe. Zegary znajdujący się w tkankach zewnętrznych są niezmiernie czułe na zmiany związane ze światłem. W zamian za to, ich faza i amplituda są pod ciągłym wpływem wielu czynników, między innymi czasu spożywania posiłków.

Zegary, same w sobie, pracują dobrze i utrzymują dobry czas poprzez wzrost i spadek aktywności genów, które pracują dokładnie w cyklu dwudziesto-cztero godzinnym. System ten zawsze uwzględnia zmiany w środowisku oraz stara się przystosować funkcje fizjologiczne ciała tak, by następowały w odpowiednich porach dnia.

„Oscylator wątroby w szczególny sposób pomaga organizmowi przystosować się do dziennego schematu obejmującego odpowiednie przyjmowanie jedzenia. Robi to poprzez przekształcenie aktywności tysięcy genów regulujących metabolizm i fizjologię człowieka,” wyjaśnia profesor Panda. „Ta regulacja jest niezmiernie istotna, ponieważ brak dobrze funkcjonującego zegara fizjologicznego sprawia, że organizm łatwiej staje się podatny na liczne dysfunkcje i choroby,” dodaje badacz.

Poza ogromną ważkością tego odkrycia, nie było do końca pewne, czy to rytmy fizjologiczne w transkrypcji hepatycznej były całkowicie kontrolowane przez wątrobę w trakcie czekania na dostarczenie porcji jedzenia, czy wiązało się z określonym spożyciem pokarmu.

By dowiedzieć się, jak duży wpływ wywiera na rytm zegara spożywanie jedzenia w odróżnieniu od wpływu hepatycznych oscylatorów fizjologicznych, studenci pod okiem profesora Christophera Vollmersa posłużyli się gryzoniami. Porównali funkcjonowanie normalnej myszy z myszą bez zegara. Oba zwierzęta były poddane surowemu programowi odżywiania i poszczenia. W trakcie tego monitorowane były zachowania wszystkich genów całego genomu.

Grupa naukowców odkryła, że nałożenie na mysz surowej diety polegającej na jedzeniu co osiem godzin na zmianę z szesnastogodzinnym poszczeniem, odnowiło schemat transkrypcji fizjologicznej najbardziej metabolicznych z genów w wątrobie myszy, która nie miała zegara fizjologicznego. Natomiast w trakcie przedłużającego się okresu poszczenia, jedynie mała ilość genów nadal była transkrybowana w schemacie fizjologicznym, nawet, gdy mysz miała dobrze funkcjonujący zegar fizjologiczny.

„Transkrypcja wywołana dostarczeniem organizmowi jedzenia funkcjonuje jak metaboliczna klepsydra, która działa przez dwadzieścia cztery godziny i jest ciągle resetowana poprzez schemat spożywania powietrza, podczas gdy centralny zegar biologiczny działa na zasadzie samonakręcania się rytmów, które pomagają w antycypowaniu pokarmu, co bazuje na naszym zwykłym programie żywieniowy,” twierdzi Vollmers. „Lecz w rzeczywistym świecie nie jemy posiłków o tych samych porach każdego dnia, co nadaje sens temu, by zwiększać aktywność genów metabolicznych właśnie wtedy, gdy człowiek potrzebuje ich najbardziej,” dodaje uczony.

Dla przykładu, geny, które kodują enzymy potrzebne do rozbijania cukrów wzrastają natychmiastowo po posiłku, podczas gdy aktywność genów potrzebnych do rozbijania tłuszczów jest wyższa, w trakcie, gdy człowiek pości. W konsekwencji, klarownie zdefiniowane pory dobowego odżywiania się sprawia, że enzymy w metabolizmie osoby pracującej na różne zmiany, pracują i optymalizują spalanie cukrów i tłuszczy.

„Nasze badania ukazują niezwykle istotną i brzemienną w skutki zmianę tego, w jaki sposób myślimy o cyklach fizjologicznych,” wyjaśnia profesor Panda. „Zegar fizjologiczny nie jest już jedynym organem kierującym rytmami w funkcjonowaniu genów. Okazuje się, że spożywanie posiłków oraz okresy poszczenia mają niezwykle duży wpływ na fazę i amplitudę rytmicznego funkcjonowania genów w wątrobie – im są wyraźniejsze, tym mocniejsze stają się oscylatory,” dodaje uczony.

Podczas gdy istota krzepkich rytmów metabolicznych w zdrowym funkcjonowaniu naszego organizmu była już zauważalna w przypadkach osób pracujących na różne zmiany – miały one podwyższone ryzyko rozwoju syndromu metabolicznego – to podstawowe powody molekularne nadal stanowią nierozwiązaną zagadkę. Panda zakłada, że oscylatory służą w jednym, istotnym celu, mianowicie do odseparowania nie kompatybilnych procesów takich jak generowanie reaktywujących tlenowych gatunków uszkadzających DNA od tych, które replikują DNA.

Sam Panda twierdzi, że zaprzestał spożywania posiłków pomiędzy godziną ósmą wieczorem i ósmą rano i że czuje się doskonale, „Nawet trochę schudłem, a przecież w trakcie dnia jadłem na co tylko miałem ochotę,” dodaje naukowiec.

Pozostali badacze, który brali udział w prowadzeniu badań to: pracujący nad swoją habilitacją naukowiec, doktor Luciano DiTacchio, magister Sandhyarani Pulivarthy i magister Shubhrox Gill, oraz profesor Hiep Le – wszyscy pracujący w Regulatory Biology Laboratory.

Przeprowadzenie badań było możliwie dzięki funduszom pochodzącym z National Institutes of Health and the Pew Scholars Program in Biomedical Sciences.

Źródło: www.sciencedaily.com