PLOS Biology: обнаружено влияние апноэ во сне на активность генов

Синдром обструктивного апноэ сна (СОАС), распространенное заболевание, приводящее к снижению уровня кислорода в крови, вызывает значительные изменения активности генов в течение дня. В исследовании мышей подвергали прерывистым гипоксическим состояниям, аналогичным тем, которые испытывают люди СОАС, и обнаружили существенные изменения в транскрипции генов во многих тканях. Это открытие может объяснить глубокое понимание физиологических последствий расстройства и может позволить более раннюю диагностику и отслеживание СОАС.

Новизна исследования

Низкий уровень кислорода в крови при обструктивном апноэ во сне вызывает широко распространенные изменения активности генов в течение дня, согласно новому исследованию в научном журнале PLOS Biology, проведенному Дэвидом Смитом (David Smith) из Медицинского центра детской больницы Цинциннати (Cincinnati Children’s Hospital Medical Center), США, с соавторами. Результаты исследования помогут разработать методы для более ранней диагностики и отслеживания расстройства.

Актуальность проблемы

Обструктивное апноэ сна (ОАС) возникает, когда дыхательные пути блокируются (обычно мягкими тканями, проявляясь храпом и прерывистым дыханием в течение ночи), что приводит к перемежающейся гипоксии (низкому содержанию кислорода в крови) и нарушению сна.

ОАС затрагивает более одного миллиарда человек во всем мире и обходится в 150 миллиардов долларов в год в виде прямых медицинских расходов только в Соединенных Штатах. ОАС увеличивает риск сердечно-сосудистых, респираторных, метаболических и неврологических осложнений.

Активность многих генов естественным образом меняется в течение дня, частично в ответ на активность генов циркадных часов, чьи регулярные колебания вызывают циркадные колебания почти в половине генома.

Активность генов также изменяется в ответ на внешние факторы, включая снижение уровня кислорода, что вызывает выработку «факторов, индуцируемых гипоксией», влияющих на активность многих генов, в том числе часовых генов.

Материалы и методы исследования

Чтобы лучше понять, как ОАС может влиять на активность генов в течение дня, авторы подвергали мышей периодической гипоксии и исследовали транскрипцию всего генома в шести тканях — легких, печени, почках, мышцах, сердце и мозжечке — в течение дня. Затем ученые оценили вариации циркадного времени экспрессии генов в тех же самых тканях.

Результаты исследования

Наибольшие изменения были обнаружены в легких, где перемежающаяся гипоксия влияла на транскрипцию почти 16% всех генов, большинство из которых были активированы. Чуть менее 5% генов были затронуты в сердце, печени и мозжечке.

Подмножество генов, которые в норме проявляют циркадную ритмичность, подвергалось еще более сильному влиянию перемежающейся гипоксии: значительные изменения наблюдались в 74% таких генов в легких и 66,9% таких генов в сердце.

Среди генов, затронутых в каждой ткани, были известные часовые гены, эффект, который, вероятно, способствовал большим изменениям циркадной активности других генов, наблюдаемых в этих тканях.

«Наши результаты дают новое представление о патофизиологических механизмах, которые могут быть связаны с повреждением органов-мишеней у пациентов с хроническим воздействием перемежающейся гипоксии, и могут быть полезны для определения целей для будущих механистических исследований, оценивающих диагностические или терапевтические подходы; например, с помощью анализа крови, отслеживающего один из нарушенных генных продуктов для выявления раннего ОАС», — комментирует Смит.

«Наше исследование с использованием модели обструктивного апноэ сна на животных раскрывает временные и тканеспецифические вариации транскриптома всего генома и связанных с ним характерных путей. Эти уникальные результаты раскрывают ранние биологические изменения, связанные с этим расстройством, происходящие во многих системах органов», — заключают авторы исследования.