Ludzie, którzy pracują na nocną zmianę lub pracują w nieregularnych godzinach i jedzą o nieregularnych porach, są bardziej podatni na przyrost masy ciała i cukrzycę, prawdopodobnie z powodu nawyków żywieniowych, które nie są zgodne z naturalnym światłem dziennym i zwykłymi porami posiłków. Ale czy możliwe jest uniknięcie negatywnych skutków jedzenia o tych „nietypowych” porach, nawet jeśli nie jest to biologicznie preferowane? Nowe badanie przeprowadzone przez Perelman School of Medicine na University of Pennsylvania mówi „tak”, rzucając światło na to, w jaki sposób organizm wie, kiedy jeść. Opublikowane w Science badanie wyjaśnia, w jaki sposób naukowcy odkryli związek między wewnętrznym zegarem wątroby a ośrodkami żywieniowymi w mózgu.

Wpływanie na ścieżkę komunikacji między wątrobą a mózgiem jest obiecującym podejściem do zarządzania wagą u osób z zaburzonym rytmem okołodobowym.

Badania zespołu wykazały, że wątroba wysyła sygnały do mózgu za pośrednictwem nerwu błędnego, które informują mózg, czy jedzenie jest spożywane w czasie zgodnym z rytmem dobowym organizmu. Sygnały te mogą zostać zakłócone przez nietypowe godziny pracy. Mózg wtedy nadmiernie kompensuje, co prowadzi do przejadania się w niewłaściwych porach. „Zarówno myszy, jak i ludzie zazwyczaj jedzą w czasie, gdy nie śpią i są czujni, a ten cykl zapewnia sprzężenie zwrotne z wątroby do centralnego zegara w mózgu, co zapewnia płynne działanie systemu” – powiedział starszy autor badania, dr Mitchell Lazar, dyrektor Instytutu Cukrzycy, Otyłości i Metabolizmu Penn Medicine oraz profesor cukrzycy i chorób metabolicznych. To sprzężenie zwrotne odbywa się za pośrednictwem połączenia nerwowego z wątroby do mózgu.

W szczególności naukowcy skupili się na genach zwanych REV-ERB w komórkach wątroby myszy. REV-ERB są ważnymi białkami, które regulują rytm dobowy organizmu. Rytm dobowy organizmu to wewnętrzny 24-godzinny cykl, który reguluje różne czynności, w tym cykle snu i czuwania, wydzielanie hormonów i nawyki żywieniowe. Kiedy geny REV-ERB zostały wyłączone u myszy, dając wątrobie wadliwy zegar, nawyki żywieniowe zmieniły się dramatycznie, z większą ilością jedzenia spożywanego w mniej aktywnych porach. Efekty były odwracalne. Zakłócenie połączenia neuronalnego u otyłych myszy przywróciło normalne nawyki żywieniowe i zmniejszyło spożycie pokarmu. Według naukowców sugeruje to, że ukierunkowana manipulacja tym szlakiem komunikacyjnym między wątrobą a mózgiem może być obiecującym podejściem do kontroli wagi u osób z zaburzonym rytmem dobowym.

Zespół badawczy postawił hipotezę, że celowanie w niektóre części nerwu błędnego może pomóc osobom pracującym na nocne zmiany lub cierpiącym na jet lag poprzez zwalczanie przejadania się spowodowanego zaburzeniami zegarów ciała. Odkrycia te torują drogę dla przyszłych terapii, które mogą być ukierunkowane na określone szlaki neuronalne, aby pomóc osobom zmagającym się z zaburzeniami metabolicznymi spowodowanymi nieregularnymi porami posiłków. Przyszłe badania powinny skupić się na tym, jakie sygnały chemiczne wątroba wysyła do nerwu błędnego, aby zrozumieć, w jaki sposób wątroba wpływa na mózg i ciało poprzez tę komunikację.

Ponad 3000 przełączników epigenetycznych kontroluje codzienne cykle wątroby

Ale jak dokładnie kontrolowana jest aktywność wątroby? Naukowcy z Salk Institute zidentyfikowali specyficzne przełączniki genetyczne, które synchronizują aktywność wątroby z cyklem dobowym. Ich odkrycia zapewniają dalszy wgląd w mechanizmy stojące za stanami zagrażającymi zdrowiu, takimi jak wysoki poziom cukru we krwi i wysoki poziom cholesterolu. „Wiemy, że geny w wątrobie są włączane i wyłączane o różnych porach dnia i biorą udział w metabolizowaniu substancji takich jak tłuszcz i cholesterol” – powiedział Satchidananda Panda, współautor artykułu i profesor nadzwyczajny w Laboratorium Biologii Regulacyjnej Salk. Aby zrozumieć, co włącza lub wyłącza te geny, naukowcy musieli znaleźć przełączniki.

Ku swojemu zaskoczeniu odkryli, że wśród tych przełączników była chromatyna, kompleks białkowy, który ściśle pakuje DNA w jądrze komórkowym. Chociaż chromatyna jest dobrze znana ze swojej roli w kontrolowaniu genów, wcześniej nie podejrzewano, że mają na nią wpływ cykle okołodobowe. W ciągu ostatniej dekady naukowcy zaczęli dowiadywać się więcej o związku między cyklami okołodobowymi a metabolizmem. Cykle okołodobowe wpływają na prawie wszystkie żywe organizmy, w tym rośliny, bakterie, owady i ludzi. U ludzi i innych kręgowców struktura mózgu zwana jądrem nadskrzyżowaniowym kontroluje reakcje okołodobowe. Ale w całym ciele, w tym w naszych narządach wewnętrznych, znajdują się również zegary, które informują określone geny, kiedy mają wytwarzać białka robocze, które umożliwiają podstawowe funkcje w naszym ciele, takie jak wytwarzanie glukozy w celu uzyskania energii.

W wątrobie geny kontrolujące metabolizm tłuszczów i cholesterolu są włączane i wyłączane zgodnie z tymi zegarami. Jednak geny nie tylko same się włączają i wyłączają. Ich aktywność jest regulowana przez „epigenom”, zestaw cząsteczek, które sygnalizują genom, ile białek powinny wytwarzać i, co najważniejsze z perspektywy okołodobowej, kiedy je wytwarzać. W wątrobie myszy odkryto ponad 3000 elementów epigenomicznych, które regulują cykle okołodobowe 14 492 genów. Porównując genom myszy z genomem człowieka, znaleźli wiele takich samych genów. Przybliżyło to naukowców o krok do zrozumienia mechanizmu regulacji genów.