Badanie wyjaśnia, dlaczego astma, ataki serca i inne schorzenia często występują wcześnie rano.

Naukowcy z laboratorium profesora Gada Ashera w Instytucie Nauki Weizmanna dokonali ważnego odkrycia: kluczowy składnik rytmów dobowych, białko o nazwie BMAL1, reguluje reakcję organizmu na niedobór tlenu. Odkrycia opublikowane w Cell Metabolism pomagają wyjaśnić, dlaczego wiele stanów niedoboru tlenu jest zależnych od czasu.

Rola rytmów dobowych i niedoboru tlenu

Rytmy dobowe to 24-godzinny wewnętrzny mechanizm molekularny, który reguluje procesy w każdej komórce ciała. Białko BMAL1, znane jako „zegar” komórki, wchodzi w interakcję z innym kluczowym białkiem, HIF-1α, które jest aktywowane, gdy brakuje tlenu.

• HIF-1α: Przy normalnym poziomie tlenu białko to ulega szybkiemu zniszczeniu. Jednak przy jego niedoborze HIF-1α stabilizuje, gromadzi i aktywuje geny, które pomagają dostosować się do niedotlenienia.
• BMAL1: Badania wykazały, że to białko dobowe nie tylko wzmacnia funkcję HIF-1α, ale także odgrywa niezależną rolę w reakcji organizmu na niedobór tlenu.

Eksperyment na myszach

Aby zbadać związek między rytmami dobowymi a reakcją na niedotlenienie, naukowcy stworzyli trzy grupy genetycznie zmodyfikowanych myszy:

1. Białko HIF-1α nie jest wytwarzane w tkance wątroby.
2. Nie wytworzono BMAL1.
3. Oba białka nie zostały wytworzone.

Wyniki:

• Gdy poziom tlenu spadał, brak BMAL1 zapobiegał gromadzeniu się HIF-1α, co upośledzało odpowiedź genetyczną na niedotlenienie.
• U myszy, u których brakowało obu białek, wskaźniki przeżywalności były niskie w zależności od pory dnia, przy czym śmiertelność była szczególnie wysoka w nocy.

Wnioski: BMAL1 i HIF-1α odgrywają kluczową rolę w ochronie organizmu przed niedotlenieniem, a rytmy dobowe są bezpośrednio związane z reakcją organizmu na niedobór tlenu.

Patologia wątroby i jej związek z płucami

U myszy, w których wątrobie nie było obu białek, naukowcy stwierdzili niski poziom tlenu we krwi jeszcze przed narażeniem na niedotlenienie, co wzbudziło podejrzenia, że zgony były związane z upośledzeniem funkcji płuc.

• U tych myszy rozwinął się zespół wątrobowo-płucny, czyli choroba, w której naczynia krwionośne w płucach rozszerzają się, co zwiększa przepływ krwi, ale zmniejsza efektywność wychwytu tlenu.
• Analiza wykazała zwiększoną produkcję tlenku azotu w płucach, co spowodowało nasilenie rozszerzenia naczyń krwionośnych.

Znaczenie badania

1. Chronobiologia choroby: Odkrycia wyjaśniają, dlaczego stan pacjentów z niedotlenieniem lub chorobami takimi jak astma czy zawały serca pogarsza się w pewnych porach dnia.
2. Modele chorób: Myszy pozbawione HIF-1α i BMAL1 stały się pierwszym modelem genetycznym do badania zespołu wątrobowo-płucnego, co otwiera nowe możliwości leczenia.
3. Perspektywy leczenia: Badanie sugeruje, że leki ukierunkowane na regulację białek biorących udział w komunikacji wątroba-płuca mogą być nową opcją leczenia.

„Dopiero zaczynamy rozumieć złożone mechanizmy łączące rytmy dobowe, niedotlenienie i interakcje między organami” — powiedział profesor Asher. „Te odkrycia mogą doprowadzić do nowych metod leczenia chorób związanych z niedoborem tlenu”.