В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Metabolism, ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) обнаружили, как циркадные часы регулируют гены печени во времени и пространстве.
Часы печени
Ничто в биологии не является статичным. Биологические процессы изменяются во времени, и если мы хотим составить точную картину клеток, тканей, органов и т.д., мы должны учитывать их временные факторы. Фактически, эти усилия дали начало целой области исследований, известной как «хронобиология». Печень – яркий тому пример. Все, что мы едим или пьем, в конечном итоге перерабатывается там, чтобы отделить питательные вещества от отходов и регулировать метаболический баланс организма. На самом деле, печень в значительной степени регулируется временем, и этот фактор управляется так называемыми циркадными часами, внутренним метрономом нашего организма, а также биохимическими сигналами и ритмами еды.
В печени дольки выполняют различные функции. Эта сложная пространственная организация известна как «печеночная зональность». Например, расщепление сахаров во время пищеварения происходит преимущественно на одной стороне дольки, так называемой центральной зоне, в то время как выработка глюкозы происходит на портальной стороне печени.
В ходе исследования ученые смогли отслеживать пространственные сдвиги экспрессии генов в дольках печени в зависимости от циркадных часов. Изучение этой связи является фокусом исследований, которые ранее обнаружили связи между циркадными часами и белками печени, нашими клеточными циклами и даже трехмерной структурой хроматина, плотно упакованной ДНК в клеточном ядре.
Материалы и методы исследования
Используя способность анализировать печеночную ткань в каждой отдельной клетке, исследователи изучили приблизительно 5000 генов в клетках печени в несколько временных периодов в течение 24-часового дня. Затем ученые статистически классифицировали обнаруженные пространственно-временные признаки с помощью модели, которая может фиксировать как пространственные, так и временные вариации уровней мессенджерной РНК (мРНК), маркера экспрессии генов.
Результаты научной работы
Исследование показало, что многие гены печени, по-видимому, являются одновременно зональными и ритмичными, что означает, что они регулируются как их расположением в печени, так и временем суток. Эти двойственно регулируемые гены в основном связаны с ключевыми функциями печени, например, метаболизмом липидов, углеводов и аминокислот. Регулируемые гены также включают несколько генов, которые никогда не были связаны с метаболизмом, например, гены, связанные с белками шаперона, которые помогают другим биомолекулам изменять свою трехмерную структуру.
Выводы
Научная работа раскрывает богатство пространственно-временной динамики экспрессии генов печени и показывает, как компартментализация функции печени в пространстве и во времени является отличительной чертой метаболической активности печени млекопитающих.
Авторы другого исследования утверждают, что кишечник защищает печень от повреждения, вызванного фруктозой.
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
