Ο συγχρονισμός κιρκάδιων ρολογιών των ιστών αποτρέπει τη γήρανση

Ο συγχρονισμός κιρκάδιων ρολογιών των ιστών αποτρέπει τη γήρανση

Δύο συμπληρωματικά ερευνητικά άρθρα, που δημοσιεύτηκαν ταυτόχρονα στα περιοδικά Science και Cell Stem Cell από μια ομάδα επιστημόνων από το UPF και το IRB Barcelona, αποκαλύπτουν ότι το κεντρικό και το περιφερειακό κιρκάδιο ρολόι συντονίζονται για να ρυθμίζουν την καθημερινή δραστηριότητα του δέρματος και των μυών.

Ο συντονισμός μεταξύ των δύο ρολογιών (κεντρικού και περιφερειακού) εγγυάται το 50% των κιρκάδιων λειτουργιών των ιστών, συμπεριλαμβανομένων ζωτικών διεργασιών όπως ο κυτταρικός κύκλος, η επισκευή του DNA, η μιτοχονδριακή δραστηριότητα και ο μεταβολισμός.

Ο συγχρονισμός μεταξύ του κεντρικού ρολογιού του εγκεφάλου και των περιφερειακών αποτρέπει την πρόωρη μυϊκή γήρανση και βελτιώνει τη μυϊκή λειτουργία, προτείνοντας νέες στρατηγικές για την αντιμετώπιση της μείωσης που σχετίζεται με την ηλικία μέσω της ρύθμισης του κιρκάδιου ρυθμού.

Τα κιρκάδια ρολόγια που ανακαλύφθηκαν τη δεκαετία του 1970 είναι απαραίτητα για τη ρύθμιση του βιολογικού χρόνου στα περισσότερα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος. Αυτοί οι εσωτερικοί μηχανισμοί προσαρμόζουν τις βιολογικές διεργασίες σε έναν κύκλο 24 ωρών, επιτρέποντας τον συγχρονισμό των κυτταρικών λειτουργιών με τις καθημερινές παραλλαγές στο περιβάλλον.

Οι κιρκάδιοι ρυθμοί, οι οποίοι συντονίζονται από ένα κεντρικό ρολόι στον εγκέφαλο που επικοινωνεί με τα ρολόγια σε διαφορετικούς περιφερειακούς ιστούς, επηρεάζουν πολλές λειτουργίες, από τον ύπνο μας μέχρι την ικανότητά μας να μεταβολίζουμε τα τρόφιμα.

Μια ομάδα με επικεφαλής τον Dr. Salvador Aznar Benitah, ερευνητή ICREA στο IRB Barcelona, και την Dr. Pura Muñoz-Cánoves, ερευνήτρια της ICREA στο Τμήμα Ιατρικής και Επιστημών της Ζωής στο Πανεπιστήμιο Pompeu Fabra (UPF), περιέγραψε πώς ο συγχρονισμός μεταξύ του κεντρικού ρολογιού και των περιφερειακών ρολογιών στους μύες και το δέρμα παίζει βασικό ρόλο στη διασφάλιση της σωστής λειτουργίας αυτών των ιστών, καθώς και στην πρόληψη εκφυλιστικών διεργασιών που σχετίζονται με τη γήρανση.

Η έρευνα για τον συγχρονισμό μεταξύ κεντρικού και περιφερειακού ρολογιού αναφέρεται στο Science, ενώ η εργασία για τον συντονισμό μεταξύ του κεντρικού και του περιφερειακού ρολογιού του δέρματος έχει κυκλοφορήσει στο Cell Stem Cell. Και οι δύο μελέτες αποκαλύπτουν τους κοινούς μηχανισμούς που υπογραμμίζουν τη σημασία αυτού του συντονισμού για τη διατήρηση της βέλτιστης λειτουργικότητας των μυών και του δέρματος.

Η εργασία περιγράφει τον αξιοσημείωτο βαθμό αυτονομίας των περιφερειακών ρολογιών, τα οποία μπορούν να διατηρήσουν κύκλους 24 ωρών και να διαχειριστούν περίπου το 15% των κιρκάδιων λειτουργιών απουσία του κεντρικού ρολογιού.

«О•ОЇОЅО±О№ ПѓП…ОЅО±ПЃПЂО±ПѓП„О№ОєПЊ ОЅО± ОІО»О­ПЂОїП…ОјОµ ПЂПЋП‚ Ої ПѓП…ОіП‡ПЃОїОЅО№ПѓОјПЊП‚ ОјОµП„О±ОѕПЌ П„ОїП… ОµОіОєОµП†О¬О»ОїП… ОєО±О№ П„П‰ОЅ ПЂОµПЃО№П†ОµПЃОµО№О±ОєПЋОЅ ОєО№ПЃОєО¬ОґО№П‰ОЅ ПЃОїО»ОїОіО№ПЋОЅ ПЂО±ОЇО¶ОµО№ ОєПЃОЇПѓО№ОјОї ПЃПЊО»Ої ПѓП„О·ОЅ П…ОіОµОЇО± П„ОїП… ОґО­ПЃОјО±П„ОїП‚ ОєО±О№ П„П‰ОЅ ОјП…ПЋОЅ, ОµОЅПЋ П„О± ПЂОµПЃО№П†ОµПЃОµО№О±ОєО¬ ПЃОїО»ПЊОіО№О± О±ПЂПЊ ОјПЊОЅО± П„ОїП…П‚ ОµОЇОЅО±О№ О±П…П„ПЊОЅОїОјО± ПѓП„О·ОЅ ОµОєП„О­О»ОµПѓО· П„П‰ОЅ ПЂО№Ої ОІО±ПѓО№ОєПЋОЅ О»ОµО№П„ОїП…ПЃОіО№ПЋОЅ П„П‰ОЅ О№ПѓП„ПЋОЅВ», О»О­ОµО№ Ої Dr. Aznar Benitah, ОµПЂО№ОєОµП†О±О»О®П‚ П„ОїП… О•ПЃОіО±ПѓП„О·ПЃОЇОїП… О’О»О±ПѓП„ОїОєП…П„П„О¬ПЃП‰ОЅ ОєО±О№ ОљО±ПЃОєОЇОЅОїП… ПѓП„Ої IRB Barcelona.

«О— ОјОµО»О­П„О· ОјО±П‚ О±ПЂОїОєО±О»ПЌПЂП„ОµО№ ПЊП„О№ О±ПЂО±О№П„ОµОЇП„О±О№ ОµО»О¬П‡О№ПѓП„О· О±О»О»О·О»ОµПЂОЇОґПЃО±ПѓО· ОјОµП„О±ОѕПЌ ОґПЌОї ОјПЊОЅОї ПЃОїО»ОїОіО№ПЋОЅ О№ПѓП„ОїПЌ (О­ОЅО± ОєОµОЅП„ПЃО№ОєПЊ ОєО±О№ П„Ої О¬О»О»Ої ПЂОµПЃО№П†ОµПЃОµО№О±ОєПЊ) ОіО№О± ОЅО± ОґО№О±П„О·ПЃО·ОёОµОЇ О· ОІО­О»П„О№ПѓП„О· О»ОµО№П„ОїП…ПЃОіОЇО± П„П‰ОЅ О№ПѓП„ПЋОЅ ПЊПЂП‰П‚ ОїО№ ОјПЌОµП‚ ОєО±О№ П„Ої ОґО­ПЃОјО± ОєО±О№ ОЅО± О±ПЂОїП†ОµП…П‡ОёОµОЇ О· П†ОёОїПЃО¬ ОєО±О№ О· ОіО®ПЃО±ОЅПѓО· П„ОїП…П‚. О¤ПЋПЃО±, П„Ої ОµПЂПЊОјОµОЅОї ОІО®ОјО± ОµОЇОЅО±О№ ОЅО± ПЂПЃОїПѓОґО№ОїПЃО№ПѓП„ОїПЌОЅ ОїО№ ПЂО±ПЃО¬ОіОїОЅП„ОµП‚ ПЂОїП… ОµОјПЂО»О­ОєОїОЅП„О±О№ ПѓОµ О±П…П„О® П„О·ОЅ О±О»О»О·О»ОµПЂОЇОґПЃО±ПѓО·, О­П‡ОїОЅП„О±П‚ ОєО±П„О¬ ОЅОїП… ПЂО№ОёО±ОЅО­П‚ ОёОµПЃО±ПЂОµП…П„О№ОєО­П‚ ОµП†О±ПЃОјОїОіО­П‚В», ОµОѕО·ОіОµОЇ Ої Dr. MuГ±oz-CГЎnoves, ОєО±ОёО·ОіО·П„О®П‚ UPF ПЂОїП… ОµОЇОЅО±О№ П„ПЋПЃО± ОєПЌПЃО№ОїП‚ ОµПЃОµП…ОЅО·П„О®П‚ ПѓП„О± Altos Labs (ОЈО±ОЅ ОќП„О№О­ОіОєОї, О—О О‘).

Η μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Science σχετικά με την επικοινωνία μεταξύ εγκεφάλου και μυών επιβεβαίωσε ότι ο συντονισμός μεταξύ του κεντρικού και του περιφερειακού ρολογιού είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση της καθημερινής μυϊκής λειτουργίας και την πρόληψη της πρόωρης γήρανσης αυτού του ιστού. Η αποκατάσταση του κιρκάδιου ρυθμού μειώνει την απώλεια μυϊκής μάζας και δύναμης, βελτιώνοντας έτσι τις χειρότερες κινητικές λειτουργίες σε πειραματικά μοντέλα ποντικιών.

Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι η χρονικά περιορισμένη σίτιση (TRF), η οποία περιλαμβάνει φαγητό μόνο στην ενεργό φάση της ημέρας, μπορεί να αντικαταστήσει εν μέρει το κεντρικό ρολόι και να ενισχύσει την αυτονομία του μυϊκού ρολογιού. Ακόμη πιο σημαντικό είναι ότι αυτή η αποκατάσταση του κιρκάδιου ρυθμού μέσω του TRF μπορεί να μετριάσει την απώλεια μυών, την επιδείνωση των μεταβολικών και κινητικών λειτουργιών και την απώλεια μυϊκής δύναμης σε ηλικιωμένα ποντίκια.

Αυτά τα ευρήματα έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην ανάπτυξη θεραπειών για τη μυϊκή γήρανση και την ενίσχυση της σωματικής απόδοσης σε μεγαλύτερη ηλικία. Οι Dr. Arun Kumar και η Mireia Vaca Dempere, και οι δύο από το UPF, είναι οι πρώτοι συγγραφείς αυτής της μελέτης, η οποία έχει λάβει επίσης συνεισφορές από τους Dr. Eusebio Perdiguero και Antonio Serrano, παλαιότερα στο UPF και τώρα στα Altos Labs.

Το περιφερειακό ρολόι του δέρματος ενσωματώνει και ρυθμίζει τα εγκεφαλικά σήματα

Στη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Cell Stem Cell, η ομάδα απέδειξε ότι το κιρκάδιο ρολόι του δέρματος είναι καθοριστικό για τον συντονισμό της καθημερινής φυσιολογίας αυτού του ιστού. Με την ενσωμάτωση των εγκεφαλικών σημάτων, και μερικές φορές με την τροποποίηση τους, αυτός ο συντονισμός διασφαλίζει τη σωστή λειτουργία του δέρματος.

Η ανακάλυψη ήταν ότι, απουσία του περιφερειακού ρολογιού, το κεντρικό ρολόι του σώματος διατηρεί τον κιρκάδιο ρυθμό του δέρματος, αλλά λειτουργεί με τον αντίθετο τρόπο όπως συνήθως (δηλαδή, σε ένα αντίθετο πρόγραμμα).

Για παράδειγμα, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι η αντιγραφή του DNA, εάν ρυθμιζόταν μόνο από το κεντρικό ρολόι, θα γινόταν κατά τη διάρκεια της ημέρας, όταν το δέρμα εκτίθεται στο υπεριώδες φως, το οποίο θα αύξανε τον κίνδυνο συσσώρευσης μεταλλάξεων.

Αυτό το φαινόμενο υπογραμμίζει τη σημασία του περιφερειακού ρολογιού, το οποίο όχι μόνο λαμβάνει σήματα από το κεντρικό ρολόι – το οποίο συντονίζει τους ρυθμούς ολόκληρου του οργανισμού – αλλά επίσης προσαρμόζει αυτά τα σήματα στις ειδικές ανάγκες του ιστού στον οποίο βρίσκονται (στην περίπτωση των βλαστοκυττάρων του δέρματος, η αντιγραφή του DNA κορυφώνεται μετά την έκθεση στο υπεριώδες φως κατά τη διάρκεια της ημέρας).

Ο Dr. Thomas Mortimer, μεταδιδακτορικός υπότροφος στο IRB Barcelona, και ο Dr. Patrick-Simon Welz, από το Ερευνητικό Ινστιτούτο Hospital del Mar, έχουν ηγηθεί αυτού του έργου, μαζί με τους Dr. Aznar Benitah και Muñoz-Cánoves.