Especialistas analisam como os ciclos biológicos de 12 horas em ratos funcionam com pistas em humanos

Especialistas analisam como os ciclos biológicos de 12 horas em ratos funcionam com pistas em humanos

Será que o relógio oculto de 12 horas do seu corpo pode conter o segredo da saúde e das doenças metabólicas? Novas pesquisas ligam nossos ritmos internos às antigas marés oceânicas.

Publicado em revisão recente no JournalNPJ Tempo biológico e sonoOs pesquisadores Patrick Emery e Frédéric Gachon examinaram os mecanismos, o significado fisiológico e as potenciais origens evolutivas dos ritmos biológicos de 12 horas em mamíferos, incluindo humanos, e determinaram se esses ritmos representam um sistema de tempo único ou são derivados de relógios circadianos ou circatídeos.

fundo

Por que muitos genes humanos são ativados duas vezes por dia, em vez de uma vez? Este padrão fascinante reflete ritmos biológicos de 12 horas, também chamados de ciclos ultradianos ou circasemídicos. Esses ritmos são bem conhecidos em animais marinhos que respondem aos ciclos das marés. No entanto, padrões semelhantes de 12 horas foram observados em estudos recentes de animais terrestres, como ratos e humanos. Alguns cientistas sugerem que estes ritmos evoluíram a partir de antigos relógios de maré, enquanto outros os consideram distintos e necessários para gerir a alimentação e o stress. Porque regulam processos importantes como o metabolismo e as respostas imunitárias, podem fornecer informações sobre doenças como a obesidade e as doenças mentais. Mais pesquisas são necessárias para identificar seus mecanismos subjacentes.

Ritmos circadianos e circatidal: relógios semelhantes ou sistemas separados?

Os relógios biológicos ajudam os organismos a se adaptarem às mudanças ambientais recorrentes. Os ritmos circadianos seguem um ciclo de 24 horas e controlam o sono, a liberação de hormônios e outros comportamentos diários. Esses ritmos são regulados por proteínas, incluindo ciclos circadianos de produção locomotora kaput (relógio), cérebro e músculo semelhante a 1 (BMAL1), período (per), criptocromo (choro) e atemporal (TIM).

Os ritmos circatidal observados em animais marinhos ocorrem a cada 12,4 horas. Esses ritmos correspondem aos movimentos das marés e ajudam espécies como caranguejos, vermes e crustáceos a sobreviver em habitats costeiros. Por exemplo, o crustáceo marinho Eurydice Pulchra e o anfípode Parhyale Hawaaiensis continuam a exibir padrões comportamentais de 12,4 horas, mesmo quando genes circadianos, como B. Per, são perturbados. Isto sugere a existência de um oscilador separado de 12,4 horas, embora com sobreposição mecanística através do BMAL1. No entanto, em outros crustáceos como Eurydice Pulchra, estudos de RNAi mostram que os ritmos circadianos são independentes dos genes circadianos centrais, como Per e Clock, sugerindo uma relação complexa. Estes resultados demonstram como os mecanismos circadianos e circatidal podem se sobrepor ou operar de forma independente, dependendo do organismo e do contexto.

Ritmos genéticos de 12 horas em ratos: além do relógio circadiano

A descoberta de padrões de expressão genética de 12 horas no fígado de camundongos revelou um ciclo rítmico distinto, separado do relógio circadiano de 24 horas. Esses ritmos ultradicos também persistem na escuridão constante e em células isoladas, sugerindo controle por mecanismos em grande parte autônomos das células, em vez de sinais cerebrais. Muitos dos genes envolvidos estão associados à resposta ao estresse, à atividade mitocondrial e à resposta proteica desdobrada (UPR). A proteína 1 de ligação ao X-box (XBP1), um fator de transcrição ativado durante o estresse do retículo endoplasmático, desempenha um papel importante, mas não exclusivo, na regulação desses ritmos. No entanto, quando a XBP1 foi eliminada no fígado de ratinho, os ritmos de 12 horas persistiram, indicando que outros elementos reguladores estão envolvidos. Isto levou os investigadores a questionar se estes ritmos surgem de um oscilador dedicado de 12 horas ou através de interações entre alimentação, voltagem e sinais circadianos e são modulados por ritmos de alimentação e sinais sistémicos. As evidências atuais sugerem que múltiplos sistemas sobrepostos podem trabalhar juntos para gerar e manter padrões de expressão genética de 12 horas em mamíferos.

Os ritmos de 12 horas estão presentes em humanos?

Estudos em humanos confirmaram padrões de expressão genética de 12 horas. Num estudo de 48 horas com três pessoas, 653 genes seguiram um ciclo de 12 horas, diferente daqueles que mostravam ritmos circadianos de 24 horas. Esses genes ultradianos estavam envolvidos no estresse, no metabolismo e na função imunológica e eram muito semelhantes em camundongos, particularmente aqueles regulados pela XBP1. Embora os participantes controlassem a sua própria iluminação e refeições, o que poderia influenciar os resultados, a investigação original destaca que esta é uma limitação significativa e que factores ambientais ou comportamentais podem ter contribuído para os padrões observados. No entanto, a sobreposição com dados de ratos apoia a relevância biológica destes ritmos. O momento dos picos genéticos variou entre os indivíduos, provavelmente influenciado por hábitos pessoais ou diferenças biológicas internas.

Poderiam os ritmos de 12 horas ter origem nas marés?

Alguns cientistas acreditam que os ritmos de 12 horas nos mamíferos evoluíram a partir dos relógios circadianos marinhos. Esta ideia é apoiada pela sobreposição de padrões de expressão genética entre mamíferos e organismos marinhos, incluindo cnidários e lapas, sendo o estudo da lapa particularmente notável pelo seu arrastamento pelas marés.

No entanto, esta conexão evolutiva permanece incerta. Muitas pesquisas marinhas foram realizadas sob ciclos claro-escuro, em vez de condições entremarés, o que não tornou claro se os ritmos observados de 12 horas são realmente apropriados ou influenciados pela luz. Além disso, vias-chave, como a resposta proteica desdobrada e o metabolismo lipídico, são fundamentais para a função celular entre as espécies. A semelhança na expressão rítmica pode resultar de uma evolução independente e não de uma ancestralidade comum. O estudo no Limpet C. Rota, realizado em condições de maré, proporciona uma ligação mais forte. No geral, a revisão é cautelosa ao fazer conexões evolutivas diretas porque a evolução convergente pode explicar as semelhanças observadas entre as espécies.

No entanto, a observação repetida de ritmos de 12 horas em diferentes organismos apoia o seu significado funcional. Esses ritmos podem ajudar as células a se prepararem para mudanças metabólicas ou ambientais previsíveis, como: B. Horários de alimentação ou mudanças na temperatura corporal, conforme proposto na hipótese da “hora do rush” para a prontidão metabólica.

Implicações clínicas da interrupção do ritmo de 12 horas

Evidências emergentes sugerem que ritmos alterados de 12 horas podem contribuir para doenças humanas. Num estudo, amostras de cérebro de pessoas com esquizofrenia mostraram interrupção da expressão genética de 12 horas, particularmente em vias associadas à manutenção neuronal e ao enovelamento de proteínas (resposta proteica desdobrada). Embora não esteja claro se esta interferência contribui para o transtorno ou para os resultados, os resultados sugerem uma exploração de um relacionamento.

Em camundongos, os ritmos de 12 horas são sensíveis ao estado metabólico. A obesidade e os horários irregulares de alimentação amortecem esses ciclos. Isto levanta a possibilidade de que a manutenção de ritmos ultradianos saudáveis ​​possa ajudar a proteger contra distúrbios metabólicos e cognitivos. Assim como a medicina circadiana transformou as abordagens aos distúrbios do sono e hormonais, a cronobiologia ultradica tem o potencial de informar futuras estratégias de tratamento para doenças psiquiátricas e metabólicas, embora sejam necessárias mais pesquisas.

Conclusões

Os ritmos de doze horas são agora reconhecidos como uma camada chave do tempo biológico, regulando processos críticos como o metabolismo, a resposta ao stress e a função imunitária. Embora alguns ciclos de 12 horas pareçam originar-se do sistema circadiano, outros podem ser impulsionados por diferentes mecanismos que envolvem fatores de transcrição, como o XBP1. Evidências de espécies marinhas, ratos e humanos destacam a presença generalizada e a importância potencial destes ritmos. Seu distúrbio foi observado em condições como esquizofrenia e obesidade. Compreender como estes ritmos ultradianos são gerados e mantidos pode levar a estratégias inovadoras para a prevenção de doenças e cuidados médicos personalizados.

Fontes: