Πώς τα μυϊκά κύτταρα προετοιμάζονται για τις ιδιαίτερες μεταβολικές προκλήσεις της ημέρας;

 

Οι επιστήμονες του Helmholtz Zentrum München και του Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), μέλη του Γερμανικού Κέντρου για τον Έλεγχο του Διαβήτη (DZD), διερεύνησαν αυτήν την ερώτηση και δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στην «PLOS Biology».

 

Η μελέτη έχει αποκαλύψει ένα μεταβολικό δίκτυο το οποίο, αντίθετα με τις προσδοκίες, δεν ελέγχεται από τον εγκέφαλο, αλλά από το «κιρκάδιο ρολόι» των μυϊκών κυττάρων.

 

Τα κιρκάδια ρολόγια είναι παρόντα σε όλα τα κύτταρα του σώματος, και έχουν μια διαδεδομένη επίδραση σε όλες τις πτυχές της ανθρώπινης φυσιολογίας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ρυθμίζουν την ομοιόσταση με την πρόβλεψη των ρυθμικών αλλαγών στη συμπεριφορά και τη διατροφική κατάσταση και με το διαχωρισμό ασυμβίβαστων μεταβολικών οδών μέσα σε ακριβή χρονικά παράθυρα.

 

"Αυτό ισχύει, για παράδειγμα, για τη χρήση θρεπτικών συστατικών όπως τα λίπη και οι υδατάνθρακες", εξηγεί ο καθηγητής Henriette Uhlenhaut. Είναι ηγέτης ομάδας στο Ινστιτούτο Διαβήτη και Παχυσαρκίας του Helmholtz Zentrum München (IDO) και στο Gene Gene of LMU.

 

Αν όμως το εσωτερικό ρολόι του σώματος ξεφύγει από το συγχρονισμό, μπορεί να έχει σοβαρές συνέπειες για το μεταβολισμό του σώματος. Για παράδειγμα, είναι γνωστό ότι οι εργαζόμενοι σε βάρδιες είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι σε μεταβολικές ασθένειες όπως ο διαβήτης.

 

Στο πρόσφατο έργο τους, η ομάδα με επικεφαλής τον Uhlenhaut στράφηκε προς το 24ωρο μεταβολικό ρυθμό των μυών. "Εμείς εστιάσαμε ειδικά σε δύο πρωτεΐνες που δρουν ως κύριοι ρυθμιστές, θετικοί και αρνητικοί βραχίονες του κιρκάδιου ρολογιού", λέει ο Kenneth Dyar, ένας επιστήμονας στο IDO και κύριος συγγραφέας της μελέτης.

 

"Αυτά τα δύο αντιτιθέμενα μόρια δεσμεύονται στο DNA και προκαλούν την έκφραση πρόσθετων πρωτεϊνών που είναι γνωστό ότι ρυθμίζουν το μεταβολισμό των λιπιδίων και των πρωτεϊνών."

 

Χρησιμοποιώντας μυϊκά κύτταρα από ποντίκια, οι επιστήμονες καθόρισαν τη δραστηριότητα των δύο πρωτεϊνών κατά τη διάρκεια της ημέρας και της νύχτας.

 

"Μετρήσαμε τα πάντα, από τη σύνδεση του DNA με την γονιδιακή έκφραση και τους μεταβολίτες", λέει ο Kenneth Dyar, εξηγώντας τη συνολική προσέγγιση των ερευνητών. Με βάση προηγούμενες μελέτες, οι επιστήμονες μελέτησαν τη σύνθεση και τη διάσπαση των λιπών και των πρωτεϊνών σε 24 ώρες - μια προσέγγιση που μπορεί επίσης να είναι ενδιαφέρουσα για τους αθλητές.

 

Σε συνεργασία με Ιταλούς και Αυστριακούς συναδέλφους (από το Βενετικό Ινστιτούτο Μοριακής Ιατρικής και από τα πανεπιστήμια της Πάντοβα, Γκρατς και Τεργέστης), οι ερευνητές εντόπισαν ορισμένες διαδικασίες που ενεργοποιούνται το βράδυ από τις ρυθμιστικές αρχές του εσωτερικού ρολογιού, όπως είναι για παράδειγμα η αποθήκευση λίπους, ο μεταβολισμός γλυκόζης και η ευαισθησία στην ινσουλίνη ", εξηγεί η Henriette Uhlenhaut. Ταυτόχρονα, οι αντίθετες διαδικασίες, όπως η οξείδωση των λιπαρών οξέων και η διάσπαση των πρωτεϊνών, υποχωρούν, σύμφωνα με τους συγγραφείς.

 

Αυτά τα σχέδια είναι ιδιαίτερα έντονα τις ώρες πριν από την αφύπνιση και πιστεύεται ότι προετοιμάζουν τους μυς για την επόμενη μέρα. Στο τελευταίο βήμα, οι επιστήμονες διερεύνησαν πιθανούς τρόπους παρέμβασης σε αυτές τις διαδικασίες. Για το σκοπό αυτό, εξέτασαν τα ποντίκια που δεν διέθεταν αυτές τις ρυθμιστικές αρχές.

 

Χωρίς ένα κιρκάδιο ρολόι, τα ζώα ήταν πιο λιτά, με λιγότερο λίπος και περισσότερη μυϊκή μάζα.

 

"Συνολικά, η δουλειά μας αποκάλυψε ένα ολόκληρο μεταβολικό δίκτυο σε πολλαπλά επίπεδα," εξηγεί ο Uhlenhaut.  "Ένα άλλο βιολογικά συναρπαστικό εύρημα είναι ότι, αντίθετα από τις προσδοκίες, ο ρυθμιστής κλειδιών δεν βρίσκεται κεντρικά στον εγκέφαλο, αλλά είναι στην πραγματικότητα το εσωτερικό ρολόι των ίδιων των μυϊκών κυττάρων". Μακροπρόθεσμα, οι συγγραφείς θα διερευνήσουν τους μηχανισμούς και στους ανθρώπους και θα προσπαθήσουν να βρουν έναν τρόπο για θεραπευτικές παρεμβάσεις.

 

Η ελπίδα τους είναι ότι, θα ήταν δυνατό να αντισταθμιστεί η αντίσταση στην ινσουλίνη στον διαβήτη τύπου 2 ή να τονωθεί η χρήση ενέργειας για την καταπολέμηση της παχυσαρκίας!

---

Η διαταραχή του βιολογικού ρολογιού μπορεί να επιβαρύνει τη ψυχική υγεία, το μεταβολισμό του σώματος, αλλά και το μυϊκό σύστημα

⇝ Οι ερευνητές τόνισαν ότι η έκφραση των γονιδίων και η κιρκαδική βιολογία είναι άρρηκτα συνδεδεμένες και επηρεάζουν κάθε πτυχή της ζωής του ανθρώπου προκαλώντας ραγδαία αύξηση των χρόνιων παθήσεων σε μυαλό και σώμα.

Τα συμπεράσματα της έρευνας υποδεικνύουν ότι, όταν το εσωτερικό ρολόι του σώματος ξεφεύγει από τον συγχρονισμό του, μπορεί να προκαλέσει βλάβες στο μεταβολικό ρυθμό των μυών. 

Συμπερασματικά, οι διαταραγμένοι βιολογικοί ρυθμοί μπορούν να απορυθμίσουν το μεταβολισμό των λιπιδίων και των πρωτεϊνών.

Αυτό συμβαίνει επειδή ορισμένες διαδικασίες ενεργοποιούνται το βράδυ (κατά τη διάρκεια του νυχτερινού ύπνου), όπως είναι για παράδειγμα η αποθήκευση λίπους, ο μεταβολισμός της γλυκόζης και η ευαισθησία στην ινσουλίνη, ενώ η οξείδωση των λιπαρών οξέων και η διάσπαση των πρωτεϊνών ενεργοποιούνται την ημέρα.

Στη ουσία το σημερινό άρθρο συνιστά ότι, θα πρέπει να αποφεύγεται η σωματική άσκηση ή/και η κατανάλωση φαγητού κατά τις βραδινές ώρες που κανονικά θα έπρεπε να λαμβάνουν χώρα οι λειτουργίες αποκατάστασης των κυττάρων. 

Τέλος, είναι πολύ σημαντικό να διατηρεί κανείς μια η σωστή ποσότητα ύπνου, αφού ο επαρκής και ποιοτικός νυχτερινός ύπνος συντελεί στην επαναφορά της κιρκαδικής βιολογίας και κατά συνέπεια στη βελτίωση της καθημερινότητας και της ποιότητας ζωής.

---

Πηγές:

• Kenneth Allen Dyar, Michaël Jean Hubert, Ashfaq Ali Mir, Stefano Ciciliot, Dominik Lutter, Franziska Greulich, Fabiana Quagliarini, Maximilian Kleinert, Katrin Fischer, Thomas Oliver Eichmann, Lauren Emily Wright, Marcia Ivonne Peña Paz, Alberto Casarin, Vanessa Pertegato, Vanina Romanello, Mattia Albiero, Sara Mazzucco, Rosario Rizzuto, Leonardo Salviati, Gianni Biolo, Bert Blaauw, Stefano Schiaffino, N. Henriette Uhlenhaut. Transcriptional programming of lipid and amino acid metabolism by the skeletal muscle circadian clock. PLOS Biology, 2018; 16 (8): e2005886 DOI: 10.1371/journal.pbio.2005886

 

• Helmholtz Zentrum München - German Research Center for Environmental Health. "How do muscles know what time it is?" ScienceDaily. ScienceDaily, 21 August 2018. sciencedaily.com/releases/2018/08/180821111938.htm

 

• Dyar, K. et al. (2018): Transcriptional programming of lipid and amino acid metabolism by the skeletal muscle circadian clock. PLOS Biology, DOI: 10.1371/journal.pbio.2005886