Як їжа впливає на біологічні ритми Для науки
Інсулін, що виділяється після їжі, допоможе синхронізувати внутрішні біологічні годинники в тканинах, пов’язані з травленням.
Дієта впливає на деякі клітинні годинники, які регулюють внутрішні біологічні ритми.
Тіло живе за ритмом внутрішніх біологічних годинників, відомих як циркадні (від латинського circa, навколо і гине, день), оскільки вони мають періодичність близько 24 годин. Зокрема, вони запускають цикли сну і неспання та викликають різні фізіологічні зміни (наприклад, падіння частоти серцевих скорочень протягом ночі). Центральний годинник, розташований у мозку, координує всі периферійні годинники. Згідно з роботою Міхо Сато та Макото Акаші з Японського університету Ямагуті та їх колег, годування діє на деякі з цих периферійних годинників частково за допомогою інсуліну (гормону, який регулює концентрацію цукру в крові).
Практично у всіх тканинах біологічні годинники регулюють клітинну активність, модулюючи активність геному. У хребетних клітинний годинник складається з молекулярної регуляторної петлі: різні гени та білки взаємодіють, пригнічуючи або стимулюючи один одного, завдяки чому концентрація певних білків періодично коливається (див. Малюнок навпроти). Однак ці "годинникові" білки діють на багато генів, пов'язаних з фізіологією, що призводить до загальної циклічної поведінки клітини.
Цикл синхронізується різними зовнішніми сигналами. Таким чином, світло скидає центральний годинник на 24-годинному циклі. Потужність більше впливає на вторинні годинники. Як? Попередні дослідження на культивованих клітинах виявили взаємодію між інсуліном і тактовими генами, однак роль гормону та відповідь годинника ще слід уточнити та продемонструвати in vivo.
Інсулін виділяється підшлунковою залозою у відповідь на підвищення рівня глюкози в крові після їжі. Дослідники створили генно-інженерних мишей для вироблення люмінесцентного білка, приєднаного до годинникового білка, що називається Пер, з метою відстеження коливань у його концентрації. Через шкіру тварини вони спостерігали, як деякі органи, наприклад, печінка, стають більш-менш люмінесцентними залежно від кількості присутнього білка Per (з певних причин лише деякі тканини були досить люмінесцентними, щоб їх можна було спостерігати).
Коли вони годували мишей або вводили їм інсулін, коливання в кількості Per білка зміщувалося (цикл рухався вперед або назад, залежно від часу ін’єкції або прийому їжі). Потім дослідники дали мишам сполуку під назвою S961, яка блокує дію інсуліну, приєднуючись до мембранних рецепторів у клітинах. Тоді фазовий зсув, який спостерігався в печінці під час годування, був менш важливим. Отже, інсулін, як кажуть, є одним із векторів, за допомогою якого дієта впливає на молекулярний годинник. Однак це все-таки закінчилося нестабільно, що призведе до втручання інших векторів.
Потім дослідники перевірили дію інсуліну на культури клітин різних тканин. Гормон дефазував молекулярний годинник у клітинах печінки та жировій тканині, але не в клітинах легенів або судинах. Це було б пов’язано з тим, що швидке відновлення циклу особливо необхідне в тканинах, які беруть участь у метаболізмі їжі (наприклад, накопиченні жиру) та травленні. Таким чином, спеціалізовані тканини, клітини яких можуть перебувати в будь-якій фазі свого циклу під час прийому їжі, будуть поміщені в найбільш підходящу фазу для лікування цієї. Клітинні годинники інших тканин також ресинхронізуються, але повільніше та за допомогою інших механізмів, ніж ті, що пов'язані з інсуліном.