Cirkadiane motnje povzročijo povečanje telesne mase s spremembami v črevesni mikrobioti

Cirkadiane motnje povzročijo povečanje telesne mase s spremembami v črevesni mikrobioti

V študiji, nedavno objavljeni v reviji Molekularni metabolizem Raziskovalci so preučevali učinke okoljskih in genetskih motenj cirkadianih ritmov na sinhronizacijo periferne cirkadiane ure in nihanj mikrobioma v prebavnem traktu.

Naučite se: Izvirni članek Genetske in okoljske cirkadiane motnje vodijo do povečanja telesne mase s spremembami v črevesnem mikrobiomu. Avtor slike: Alpha Tauri 3D Graphics / Shutterstock

ozadje

E-knjiga o genetiki in genomiki

Zbirka najboljših intervjujev, člankov in novic zadnjega leta. Prenesite kopijo še danes

Znano je, da osrednja cirkadiana ura v suprahiazmatičnih jedrih (SCN) hipotalamusa uravnava spanje in druge ritmične aktivnosti ter modulira humoralne in nevronske signale, ki sinhronizirajo periferne cirkadiane ure, da se prilagodijo spremembam v okolju. Poleg tega imajo različni organi periferne ure, v bistvu gene ure, ki uravnavajo fiziološko aktivnost prek tkivno specifičnih genov, nadzorovanih z uro.

Motnje centralne ure zaradi notranjih in zunanjih časovnih razlik, kot so: B. zaradi časovnega zamika ali nočnih izmen, povzročijo desinhronizacijo med različnimi perifernimi urami, kar naj bi spremenilo celoten metabolizem. Študije so odkrile korelacije med motnjami cirkadianega ritma in presnovnimi boleznimi, kot sta sladkorna bolezen in debelost. Poleg tega so opazili tudi povezave med cirkadianimi motnjami in spremembami v sestavi in ​​ritmih črevesnega mikrobioma. Vendar ostaja vloga motenj centralne in periferne cirkadiane ure in posledičnih neravnovesij črevesnega mikrobioma pri presnovnih motnjah nejasna.

O študiju

V tej študiji so raziskovalci določili ekspresijo gena ure v različnih tkivih prebavil z uporabo kvantitativne verižne reakcije polimeraze v realnem času (qRT-PCR) v različnih modelih miši.

Genetske cirkadiane motnje so preučevali z uporabo miši z za SCN specifičnim možganskim in mišičnim Arnt podobnim proteinom 1 (Bmal1) knockout (Bmal1SCNfl/-), medtem ko so bile miši divjega tipa, izpostavljene stimuliranemu izmenskemu delu (SSW), uporabljene za testiranje motenj okoljskega cirkadianega ritma. Vse miši so bile na urniku 12 ur svetlobe in 12 ur teme. Miši v skupini SSW so bile nato izpostavljene premaknjenim urnikom svetlo-temno in urnikom časovnega zamika, medtem ko so bile miši Bmal1SCNfl/ vzdrževane v stalni temi različna časovna obdobja.

Profili aktivnosti so bili izračunani na podlagi aktivnosti koles. Za določitev prehranskih profilov je bil uporabljen merilnik vnosa hrane, fekalni vzorci pa so bili analizirani za oceno učinkovitosti asimilacije energije. Fekalne vzorce smo analizirali tudi na sestavo žolčnih kislin in kratkoverižnih maščobnih kislin.

Meritve z jedrsko magnetno resonanco (NMR) so določile telesno sestavo maščobe, proste tekočine in mase brez maščobe. Vzorci tkiv in krvi žrtvovanih miši so bili nato uporabljeni za merjenje črevesne prepustnosti, ravni trigliceridov in glukoze v plazmi. Za določitev sestave in funkcionalnosti mikrobioma je bilo izvedeno visoko zmogljivo sekvenciranje 16S ribosomske ribonukleinske kisline (rRNA) in klasifikacija encimskih genov.

Gensko izražanje številnih genov, vključno z Bmal1, cirkadianim obdobjem 2 (Per2), poddružino jedrnih receptorjev 1, skupino D, članom 1 (NR1D1 ali Rev-erbα) in mestom D proteina, ki veže promotor albumina (Dbp), je bilo določeno z uporabo qRT-PCR. Izvedeni so bili tudi prenosi mikrobiomov brez mikrobov z miši z moteno cirkadiano uro na miši divjega tipa, da bi razumeli učinke spremenjenega mikrobioma na fiziološko funkcijo.

Rezultati

Rezultati so poročali o desinhronizaciji perifernih cirkadianih ur v tkivih prebavil in mikrobiomske aritmije iz genetskih in okoljskih modelov cirkadianih motenj. Spremembe so opazili zlasti pri mikrobnih taksonih, ki sodelujejo pri presnovi lipidov in sladkorja ter fermentaciji kratkoverižnih maščobnih kislin.

Pri miših Bmal1SCNfl/ je bila mikrobiomska aritmija povezana z debelostjo, motnjami v homeostazi glukoze in povečanjem telesne mase. Podobno so miši v gestacijskem tednu pokazale povečanje telesne teže in ravni glukoze v plazmi, kar je bilo povezano z motečimi vzorci nihanja mikrobioma.

Poleg tega so miši Bmal1SCNfl/ pokazale motene ritme vnosa hrane, ko so bile postavljene v stalno temo, medtem ko so bili vzorci vnosa hrane pri miših v gestacijskih tednih še naprej ritmični, vendar v fazi. Avtorji menijo, da je izguba ritma mikrobioma v obeh skupinah s cirkadianimi motnjami lahko posledica bodisi spremembe v prehranskem vedenju, izgube sinhronosti med perifernimi urami prebavil ali obojega.

Miši Bmal1SCNfl/ so pokazale večjo izgubo ritmičnosti mikrobioma s spremembami v mikrobni raznolikosti na ravni družine in seva. Vendar so nekateri taksoni ohranili ritmičnost do posebej visoke stopnje, kar bi lahko pripisali spremenjenim, vendar delujočim perifernim uram ali drugim intrinzičnim dejavnikom v bakterijah.

Preizkusi prenosa so pokazali motnje v homeostazi prebavil in povečanje telesne teže pri miših divjega tipa, koloniziranih z aritmičnimi mikrobiomi iz miši z moteno uro. Miši divjega tipa so pokazale tudi spremenjeno izražanje genov CCG in genov periferne ure.

Sklepi

Na splošno so rezultati pokazali, da sta genetska ali okoljska motnja osrednje cirkadiane ure in kasnejša asinhronizacija periferne gastrointestinalne ure močno povezani z aritmijo črevesnega mikrobioma in funkcionalnimi spremembami, ki vodijo do presnovnih nepravilnosti.

Študija poudarja vlogo življenjskega sloga, ki moti cirkadiane ritme pri razvoju presnovnih motenj, kot sta debelost in sladkorna bolezen, ter poudarja pomen ritmov mikrobioma za zdravje presnove.

Referenca:

• Altaha, B., Heddes, M., Pilorz, V., Niu, Y., Gorbunova, E., Gigl, M., Kleigrewe, K., Oster, H., Haller, D. & Kiessling, S. (2022). Genetische und umweltbedingte zirkadiane Störungen führen durch Veränderungen im Darmmikrobiom zu einer Gewichtszunahme. Molekularer Stoffwechsel, 101628. https://doi.org/10.1016/j.molmet.2022.101628, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212877822001971

.