Почему ранние часы дня могут быть особенно опасными для нашего здоровья

Исследователи из Института науки имени Вейцмана в Израиле нашли возможное объяснение этому явлению.

В исследовании, опубликованном в журнале Cell Metabolism, ученые обнаружили, что ключевой компонент наших циркадных ритмов — внутренние 24-часовые молекулярные часы, работающие в каждой клетке — также регулирует реакцию организма на недостаток кислорода. Этот компонент, меняющийся в течение суток, может влиять на время возникновения заболеваний, связанных с кислородным циклом организма.

Роль кислорода и внутренних часов

Как живые существа, мы крайне зависимы от способности чувствовать и реагировать на нехватку кислорода. В 2019 году Нобелевская премия по физиологии или медицине была присуждена за открытие фактора, индуцируемого гипоксией 1-альфа (HIF-1α) — ключевого белка, определяющего реакцию клеток на недостаток кислорода. При нормальном уровне кислорода HIF-1α нестабилен и быстро разрушается, но при его нехватке стабилизируется и активирует гены, помогающие адаптироваться к гипоксии.

Однако HIF-1α — не единственный важный элемент. Команда профессора Ашера, включая докторанта Вайшнави Дандавате и доктора Нитьянанда Болшетте, обнаружила, что белок BMAL1, основной компонент наших циркадных часов, также играет ключевую роль в реакции на кислородную недостаточность. Он необходим для стабилизации и активации HIF-1α.

Более того, BMAL1 действует не только вместе с HIF-1α, но и самостоятельно запускает механизмы организма для борьбы с нехваткой кислорода. Это может объяснить, почему реакция организма на гипоксию и связанные с ней заболевания меняются в течение суток.

Дневной и ночной белки

Ранее лаборатория Ашера обнаружила, что ткань печени по-разному реагирует на недостаток кислорода в разное время дня. Чтобы углубить это понимание, они создали три группы генетически модифицированных мышей, у которых в печени отсутствовали либо HIF-1α, либо BMAL1, либо оба белка.

При снижении уровня кислорода оказалось, что без BMAL1 белок HIF-1α не накапливается, как это обычно происходит. Это показало, что оба белка, по отдельности и вместе, ответственны за генетическую реакцию на гипоксию.

Профессор Ашер отметил: Механизм, который мы обнаружили, вероятно, является основным способом, с помощью которого млекопитающие справляются с недостатком кислорода. Наши выводы помогли понять, что циркадные часы не только реагируют на гипоксию, но и активно запускают механизмы для ее преодоления.

Удивительно, но мыши без обоих белков имели низкую выживаемость при недостатке кислорода, особенно в темное время суток. Это указывает на то, что комбинация HIF-1α и BMAL1 играет важную роль в зависимости от времени суток.

Новые открытия и будущее лечение

Дальнейшие исследования показали, что причиной смерти этих мышей была не печень, а снижение способности легких поглощать кислород. Это напоминает гепатопульмональный синдром у людей с заболеваниями печени, когда расширение сосудов в легких снижает насыщение кислородом.

Ученые обнаружили у этих мышей повышенное производство оксида азота в легких, что вызывало расширение сосудов и снижало эффективность кислородоснабжения.

Профессор Ашер добавил: Мы пока не знаем, как повреждение печени влияет на функцию легких, но наши находки указывают на группу белков, которые могут быть связующим звеном между ними. Если эти белки также участвуют в этом процессе у людей, они могут стать целью для будущей терапии.

Источник: Vaishnavi Dandavate et al, Hepatic BMAL1 and HIF1α regulate a time-dependent hypoxic response and prevent hepatopulmonary-like syndrome, Cell Metabolism (2024). DOI: 10.1016/j.cmet.2024.07.003

Journal information: Cell Metabolism