Η ΔΙΑΚΟΠΗ ΤΟΥ ΚΙΡΚΑΔΙΑΝΟΥ ΡΥΘΜΟΥ ΟΔΗΓΕΙ ΣΤΗΝ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΣΤΗΝ ΙΝΣΟΥΛΙΝΗ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΠΑΧΥΣΑΡΚΙΑ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΜΠΑΛΤΑΓΙΑΝΝΗ: 5258 ΕΠΙΛΕΓΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΜΟΡΙΑΚΕΣ ΑΣΘΕΝΕΙΕΣ ΥΠΕΥΘΥΝΗ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ: ΜΑΡΙΑ ΦΡΑΓΚΟΥ

Πολλές φυσιολογικές διαδικασίες όπως: η όρεξη, ο λιπιδιακός/υδατανθρακικός μεταβολισμός και ο ύπνος έχουν το δικό τους ρυθμό κατά τη διάρκεια της ημέρας. Αυτές οι καθημερινές ταλαντώσεις ρυθμίζονται από ένα κιρκαδιανό βιολογικό ρολόι. Τι συμβαίνει άμα απορυθμιστεί???

Η απορύθμιση είναι αποτέλεσμα της σκληρής δουλειάς, του jet lag ή και της διακοπής του ύπνου κ έχει σοβαρές συνέπειες τόσο στη ρύθμιση του φυσιολογικού βάρους όσο και στην ομοιόσταση της γλυκόζης κ των λιπιδίων. Ακατάλληλος κιρκαδιανός ρυθμός(π.χ. μικρή διάρκεια ύπνου)σχετίζεται με την έναρξη του μεταβολικού συνδρόμου, της παχυσαρκίας και του τύπου ΙΙ διαβήτη. Πως όμως συμβαίνει αυτό?????

Πολλές ορμόνες που ρυθμίζουν: την έκκριση ινσουλίνης την ομοιόσταση της γλυκόζης και τη σίτιση (ορεξίνη, λεπτίνη, γλυκαγόνη, κορτιζόλη, αυξητική ορμόνη, κατεχολαμίνες και η μελατονίνη) ρυθμίζονται από το κιρκαδιανό σύστημα.

Επίσης σε κάθε δεδομένο ιστό το 3-10% των μεταγράφων του mRNA έχουν κιρκαδιανή ρυθμικότητα in vivo, συμπεριλαμβάνονται αυτά που κωδικοποιούν μεταγραφικούς παράγοντες όπως ο DBP, Rev-erba, PPARγ και TEF ρυθμίζουν γονίδια στόχους που συμμετέχουν σε βιοχημικές οδούς όπως: Μεταβολισμός γλυκόζης και λιπιδίων Σύνθεση χοληστερόλης, λιπαρών και χολικών οξέων Μιτοχονδριακή οξειδωτική φωσφορυλίωση

ΠΟΛΥΜΟΡΦΙΣΜΟΙ Πολυμορφισμοί στα βασικά clock γονίδια και στα clock- controlled γονίδια ορμονικών υποδοχέων μπορούν επίσης να επηρεάσουν μεταβολικά μονοπάτια και να προκαλέσουν προβλήματα στην υγεία του ανθρώπου.

Πολυμορφισμοί των γονιδίων του ρολογιού Bmal1(aka Arntl1 στον άνθρωπο) και του Clock συνδέονται με: Παχυσαρκία Τύπου ΙΙ διαβήτη Και υπέρταση Επιπλέον μελέτες συσχέτισης γονιδιώματος δείχνουν ένα αυξημένο κίνδυνο για τύπου ΙΙ διαβήτη σε άτομα με παραλλαγές του γονιδίου(mtnr1b) που κωδικοποιεί ένα υποδοχέα για μια clock-controlled ορμόνη,τη μελατονίνη.

Τροφές υψηλές σε λιπαρά μπορούν να αλλάξουν την κιρκαδιανή ρυθμικότητα και την έκφραση των βασικών clock γινιδίων. Ποντίκια τα οποία είναι ομόλογα για loss-of- fuction μετάλλαξη του κιρκαδιανού clock γονιδίου γίνονται παχύσαρκα και έχουν υπεργλυκαιμία και υπερλιπιδαιμία. Knockout των τριών κιρκαδιανών clock γονιδίων σε ποντίκια προκαλούν απορύθμιση της συμπεριφοράς και αύξηση βάρους σε δίαιτες υψηλές σε λιπαρά.

Βmal1 είναι ένα γονίδιο που κωδικοποιεί ένα παράγοντα μεταγραφής. Στον άνθρωπο, αποτελείται από βάσεις και βρίσκεται στη ζώνη p15 του 11ου χρωμοσώματος. Αυτή η πρωτεΐνη παίζει σημαντικό ρόλο ως ένα από τα θετικά στοιχεία στην αυτορυθμιζόμενη μεταγραφική μεταφραστική αρνητική ανάδραση βρόχου των θηλαστικών (TTFL), η οποία είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία μοριακών κιρκαδικών ρυθμών.

Η σημασία του γονιδίου δεν ήταν κατανοητή μέχρις ότου το knock-out του γονιδίου σε ποντικούς έδειξε πλήρη απώλεια των κιρκάδιων ρυθμών και άλλες συμπεριφορές.

ΠΕΙΡΑΜΑ Οι ερευνητές εφαρμόσανε ινσουλινικούς σφιγκτήρες σε φυσιολογικά ποντίκια και σε ποντίκια που το Bmal1 έχει απενεργοποιηθεί(B1ko) με σκοπό την αξιολόγηση της δράσης της ινσουλίνης. Η χρήση υπερινσουλιναιμικού-ευγλυκαιμικού σφιγκτήρα αποτελεί την καταλληλότερη μέθοδο για την αξιολόγηση της δράσης της ινσουλίνης in vivo.

Οι ερευνητές παρατήρησαν πως τα φυσιολογικά ποντίκια υπό αμυδρό κόκκινο φως(=νύχτα) εμφάνιζαν μεγαλύτερη αντίσταση στην ινσουλίνη στο μέσο της υποκειμενικής τους ημέρας, όταν δηλαδή ήταν σχετικά αδρανή, και ο GIR(glucose infusion rate) ήταν αρκετά χαμηλός. Ενώ εμφανίζουν ευαισθησία στην ινσουλίνη όταν ο GIR είναι υψηλός.

Αντίθετα τα ποντίκια B1ko εμφάνιζαν αντίσταση στην ινσουλίνη ανεξάρτητα αν τα επίπεδα γλυκόζης ήταν υψηλά ή χαμηλά. Έτσι τα ποντίκια θα μπορούσαμε να πούμε ότι είναι κλειδωμένα σε μια κιρκαδιανή φάση της δράσης της ινσουλίνης και του μεταβολισμού της γλυκόζης που είναι παρόμοια με αυτή των φυσιολογικών ποντικιών κατά το χρονικό διάστημα που είναι σχετικά ανενεργά.

Η ΕΚΦΡΑΣΗ ΤΟΥ Bmal2 ΒΟΗΘΑ ΣΤΗΝ ΑΠΟΦΥΓΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΣΤΗΝ ΙΝΣΟΥΛΙΝΗ ΚΑΙ ΣΤΑ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΙΚΑ ΕΛΛΕΙΜΑΤΑ ΤΗΣ B1ko Ο κιρκαδιανός ρυθμός του ρολογιού στα θηλαστικά αποτελείται από αυτορυθμιζόμενους μεταγραφικούς και μεταφραστικούς βρόγχους ανάδρασης της έκφρασης του κεντρικού clock γονιδίου. Αυτά τα κεντρικά clock γονίδια περιέχουν τους θετικούς μεταγραφικούς παράγοντες Bmal1/Bmal2 και CLOCK/NPAS2 και τους ανατροφοδοτικούς καταστολείς PER1/2/3 και Cry1 / 2.

Knockout του γονιδίου που κωδικοποιεί BMAL1 ( στέλεχος B1ko ) καταργεί τον κιρκαδιανό βρόγχο ανατροφοδότησης καθώς τον ρυθμό γονιδιακής έκφρασης. Η έκφραση του Bmal2 σώζει τον clock φαινότυπο των ποντικών B1ko, τη ρυθμική κινητική δραστηριότητα και ρυθμική κατανάλωση οξυγόνου.

Παρατηρήθηκε ότι η έκφραση του Bmal2 δεν βελτιώνει μόνο την αντίσταση στην ινσουλίνη αλλά γενικότερα τις σχέσεις γλυκόζης- ινσουλίνης.

Η αντίσταση στην ινσουλίνη σχετίζεται με το μονοπάτι της πρωτεϊνικής κινάσης σερίνης/θρεονίνης Akt

Η μειωμένη GIR του στελέχους B1ko συσχετίζεται με εξασθένηση της δραστικότητας του Akt μονοπατιού σε απόκριση στη δράση της ινσουλίνης, όπως υποδηλώνεται από τη μείωση της φωσφορυλίωσης της Akt στο S473 και στο T308 σε εκχυλίσματα ήπατος και των μυών των ποντικών B1ko. Με την έκφραση όμως του Bmal2 παρατηρείται αποκατάσταση της φωσφορυλίωσης ειδικά στο S473,γεγονός που μπορεί να ενεργοποιήσει ξανά το μονοπάτι Akt. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι δεν έχουμε αποκατάσταση στους μύες καθώς εκεί δεν έχουμε μεγάλη παραγωγή Bmal2.

CLOCK-DISRUPTED ΠΟΝΤΙΚΙΑ ΕΙΝΑΙ ΕΠΙΡΡΕΠΗ ΣΤΗΝ ΠΑΧΥΣΑΡΚΙΑ οι ποντικοί B1ko παρουσιάζουν ανώμαλο μεταβολικό φαινότυπο που σχετίζεται με την συσσώρευση λίπους. Νεαροί ποντικοί B1ko που ακολουθούν δίαιτα υψηλή σε λιπαρά έχουν σημαντικά αυξημένα ποσοστά σωματικού λίπους. Καθώς όμως εκφράζεται το Bmal2 τότε ο φαινότυπος αυτών των ποντικιών πλησιάζει πολύ στο φυσιολογικό.

Για να επιβεβαιώσουν οι ερευνητές την παραπάνω υπόθεση απορύθμισαν φυσιολογικά ποντίκια τοποθετώντας τα σε συνεχές φως(LL) καθώς τα ποντίκια που βρίσκονται σε χαμηλό φώς(LD) ή σε σκοτάδι(DD) παραμένουν πλήρως ρυθμικά. Το συνεχές φως ταυτόχρονα προκαλεί καταστολή της έκφρασης του γονιδίου Bmal1. Για να είναι απόλυτα σίγουροι οι ερευνητές έκαναν και το παρακάτω πείραμα.

ΣΥΓΚΡΙΣΗ WT(HFD) LL-LD Τα αποτελέσματα έδειξαν πως τα ποντίκια που είχαν εκτεθεί σε συνεχές φως μετά από 3 μήνες είχαν αποθηκεύσει πολύ περισσότερο λίπος από τα ποντίκια που είχαν εκτεθεί σε χαμηλό φως. Τα LL ποντίκια κινούνταν πολύ λιγότερο από τα LD ποντίκια λόγω της απορύθμισης που υπέστησαν. Όλα τα παραπάνω όχι μόνο οδηγούν στην παχυσαρκία αλλά και στον διαβήτη καθώς η υπερλιπιδιαιμία, η υπεργλυκαιμία αποτελούν προδιαθεσικούς παράγοντες.

SCN

Κάντε απομονωμένους ιστούς που μπορεί να εκφράσει κιρκαδικούς ρυθμούς in vitro Ύστερα από εξέταση λευκού λιπώδους ιστούς από B1ko ποντίκια βρέθηκε ότι δεν εμφανίζουν την ίδια ρυθμικότητα με τα WT ποντίκια. Η περιοδικότητα τους ήταν μεγαλύτερη.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Shu-qun Shi et al(2013)Circadian Disruption Leads to Insulin Resistance and Obesity,Nature-Current Biology 23,p