Μελέτη εξηγεί γιατί το άσθμα, οι καρδιακές προσβολές και άλλες παθήσεις εμφανίζονται συχνά νωρίς το πρωί

Ερευνητές στο εργαστήριο του καθηγητή Gad Asher στο Ινστιτούτο Επιστημών Weizmann έκαναν μια σημαντική ανακάλυψη: ένα βασικό συστατικό των κιρκαδικών ρυθμών, μια πρωτεΐνη που ονομάζεται BMAL1, ρυθμίζει την αντίδραση του οργανισμού στην στέρηση οξυγόνου. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο Cell Metabolism, βοηθούν στην εξήγηση γιατί πολλές καταστάσεις με έλλειψη οξυγόνου εξαρτώνται από τον χρόνο.

Ο ρόλος των κιρκαδικών ρυθμών και της έλλειψης οξυγόνου

Οι κιρκάδιοι ρυθμοί είναι ένας 24ωρος εσωτερικός μοριακός μηχανισμός που ρυθμίζει τις διεργασίες σε κάθε κύτταρο του σώματος. Η πρωτεΐνη BMAL1, γνωστή ως το «ρολόι» του κυττάρου, αλληλεπιδρά με μια άλλη βασική πρωτεΐνη, την HIF-1α, η οποία ενεργοποιείται όταν υπάρχει έλλειψη οξυγόνου.

• HIF-1α: Με φυσιολογικά επίπεδα οξυγόνου, αυτή η πρωτεΐνη καταστρέφεται γρήγορα. Ωστόσο, με την έλλειψή της, η HIF-1α σταθεροποιεί, συσσωρεύει και ενεργοποιεί γονίδια που βοηθούν στην προσαρμογή στην υποξία.
• BMAL1: Έρευνες έχουν δείξει ότι αυτή η κιρκαδική πρωτεΐνη όχι μόνο ενισχύει τη λειτουργία του HIF-1α, αλλά παίζει και ανεξάρτητο ρόλο στην απόκριση του οργανισμού στην έλλειψη οξυγόνου.

Πειραματιστείτε με ποντίκια

Για να μελετήσουν τη σχέση μεταξύ των κιρκαδικών ρυθμών και της απόκρισης στην υποξία, οι ερευνητές δημιούργησαν τρεις ομάδες γενετικά τροποποιημένων ποντικών:

1. Ο HIF-1α δεν παρήχθη στον ηπατικό ιστό.
2. Δεν παρήγαγε BMAL1.
3. Και οι δύο πρωτεΐνες δεν παρήχθησαν.

Αποτελέσματα:

• Όταν τα επίπεδα οξυγόνου μειώθηκαν, η απουσία του BMAL1 εμπόδισε τη συσσώρευση του HIF-1α, η οποία επηρέασε τη γενετική απόκριση στην υποξία.
• Τα ποντίκια που δεν είχαν και τις δύο πρωτεΐνες είχαν χαμηλά ποσοστά επιβίωσης ανάλογα με την ώρα της ημέρας, με τη θνησιμότητα να είναι ιδιαίτερα υψηλή τη νύχτα.

Συμπεράσματα: Τα BMAL1 και HIF-1α παίζουν βασικό ρόλο στην προστασία του σώματος από την υποξία και οι κιρκαδικοί ρυθμοί σχετίζονται άμεσα με την αντίδραση του σώματος στην έλλειψη οξυγόνου.

Παθολογία του ήπατος και η σύνδεσή του με τους πνεύμονες

Σε ποντίκια χωρίς και τις δύο πρωτεΐνες στο συκώτι τους, οι ερευνητές διαπίστωσαν χαμηλά επίπεδα οξυγόνου στο αίμα ακόμη και πριν από την έκθεση σε υποξία, εγείροντας υποψίες ότι οι θάνατοι σχετίζονταν με εξασθενημένη πνευμονική λειτουργία.

• Αυτά τα ποντίκια ανέπτυξαν ηπατοπνευμονικό σύνδρομο, μια πάθηση κατά την οποία τα αιμοφόρα αγγεία στους πνεύμονες διαστέλλονται, αυξάνοντας τη ροή του αίματος αλλά μειώνοντας την αποτελεσματικότητα της πρόσληψης οξυγόνου.
• Η ανάλυση έδειξε αυξημένη παραγωγή μονοξειδίου του αζώτου στους πνεύμονες, η οποία αύξησε την αγγειοδιαστολή (διεύρυνση των αιμοφόρων αγγείων).

Σημασία της μελέτης

1. Χρονοβιολογία της νόσου: Τα ευρήματα εξηγούν γιατί οι ασθενείς με υποξία ή ασθένειες όπως το άσθμα ή οι καρδιακές προσβολές επιδεινώνονται σε συγκεκριμένες ώρες της ημέρας.
2. Μοντέλα ασθενειών: Τα ποντίκια που δεν έχουν HIF-1α και BMAL1 έχουν γίνει το πρώτο γενετικό μοντέλο που μελετά το ηπατοπνευμονικό σύνδρομο, ανοίγοντας νέους δρόμους για θεραπεία.
3. Προοπτικές θεραπείας: Η μελέτη υποδηλώνει ότι στοχευμένα φάρμακα που ρυθμίζουν τις πρωτεΐνες που εμπλέκονται στην επικοινωνία ήπατος-πνεύμονα θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια νέα θεραπευτική επιλογή.

«Μόλις αρχίζουμε να κατανοούμε τους πολύπλοκους μηχανισμούς που συνδέουν τους κιρκαδικούς ρυθμούς, την υποξία και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ οργάνων», δήλωσε ο καθηγητής Άσερ. «Αυτές οι ανακαλύψεις μπορεί να οδηγήσουν σε νέες θεραπείες για ασθένειες που σχετίζονται με την έλλειψη οξυγόνου».