Чому ранні години дня можуть бути особливо небезпечними для нашого здоров'я

Дослідники з Інституту науки імені Вейцмана в Ізраїлі знайшли можливе пояснення цьому явищу.

У дослідженні, опублікованому в журналі Cell Metabolism, вчені виявили, що ключовий компонент наших циркадних ритмів - внутрішній 24-годинний молекулярний годинник, який працює в кожній клітині, - також регулює реакцію організму на нестачу кисню. Цей компонент, що змінюється протягом доби, може впливати на час виникнення захворювань, пов'язаних із кисневим циклом організму.

Роль кисню та внутрішнього годинника

Як живі істоти, ми вкрай залежні від здатності відчувати та реагувати на нестачу кисню. У 2019 році Нобелівську премію з фізіології або медицини було присуджено за відкриття фактора, що індукується гіпоксією 1-альфа (HIF-1α) - ключового білка, який визначає реакцію клітин на нестачу кисню. За нормального рівня кисню HIF-1α нестабільний і швидко руйнується, але за його нестачі стабілізується та активує гени, що допомагають адаптуватися до гіпоксії.

Однак HIF-1α - не єдиний важливий елемент. Команда професора Ашера, включно з докторантом Вайшнаві Дандавате і доктором Нітьянанда Болшетте, виявила, що білок BMAL1, основний компонент нашого циркадного годинника, також відіграє ключову роль у реакції на кисневу недостатність. Він необхідний для стабілізації та активації HIF-1α.

Ба більше, BMAL1 діє не тільки разом із HIF-1α, а й самостійно запускає механізми організму для боротьби з нестачею кисню. Це може пояснити, чому реакція організму на гіпоксію та пов'язані з нею захворювання змінюються протягом доби.

Денний і нічний білки

Раніше лабораторія Ашера виявила, що тканина печінки по-різному реагує на нестачу кисню в різний час дня. Щоб поглибити це розуміння, вони створили три групи генетично модифікованих мишей, у яких у печінці були відсутні або HIF-1α, або BMAL1, або обидва білки.

При зниженні рівня кисню виявилося, що без BMAL1 білок HIF-1α не накопичується, як це зазвичай відбувається. Це показало, що обидва білки, окремо і разом, відповідальні за генетичну реакцію на гіпоксію.

Професор Ашер зазначив: Механізм, який ми виявили, ймовірно, є основним способом, за допомогою якого ссавці справляються з нестачею кисню. Наші висновки допомогли зрозуміти, що циркадний годинник не тільки реагує на гіпоксію, а й активно запускає механізми для її подолання.

Дивно, але миші без обох білків мали низьку виживаність за нестачі кисню, особливо в темний час доби. Це вказує на те, що комбінація HIF-1α і BMAL1 відіграє важливу роль залежно від часу доби.

Нові відкриття та майбутнє лікування

Подальші дослідження показали, що причиною смерті цих мишей була не печінка, а зниження здатності легень поглинати кисень. Це нагадує гепатопульмональний синдром у людей із захворюваннями печінки, коли розширення судин у легенях знижує насичення киснем.

Вчені виявили у цих мишей підвищене виробництво оксиду азоту в легенях, що викликало розширення судин і знижувало ефективність киснепостачання.

Професор Ашер додав: Ми поки що не знаємо, як пошкодження печінки впливає на функцію легенів, але наші знахідки вказують на групу білків, які можуть бути сполучною ланкою між ними. Якщо ці білки також беруть участь у цьому процесі у людей, вони можуть стати ціллю для майбутньої терапії.

Джерело: 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

Інформація про журнал: Cell Metabolism