Študija pojasnjuje, zakaj se astma, srčni napadi in druge bolezni pogosto pojavijo zgodaj zjutraj

Raziskovalci v laboratoriju profesorja Gada Asherja na Weizmannovem inštitutu za znanost so prišli do pomembnega odkritja: ključna komponenta cirkadianih ritmov, beljakovina, imenovana BMAL1, uravnava odziv telesa na pomanjkanje kisika. Ugotovitve, objavljene v reviji Cell Metabolism, pomagajo razložiti, zakaj so številna stanja s pomanjkanjem kisika odvisna od časa.

Vloga cirkadianih ritmov in pomanjkanja kisika

Cirkadijski ritmi so 24-urni notranji molekularni mehanizem, ki uravnava procese v vsaki celici telesa. Beljakovina BMAL1, znana kot celična "ura", interagira z drugo ključno beljakovino, HIF-1α, ki se aktivira, ko primanjkuje kisika.

• HIF-1α: Pri normalnih ravneh kisika se ta beljakovina hitro uniči. Pri pomanjkanju pa se HIF-1α stabilizira, kopiči in aktivira gene, ki pomagajo pri prilagajanju na hipoksijo.
• BMAL1: Raziskave so pokazale, da ta cirkadiani protein ne le krepi delovanje HIF-1α, temveč igra tudi neodvisno vlogo pri odzivu telesa na pomanjkanje kisika.

Poskus z mišmi

Za preučevanje povezave med cirkadianimi ritmi in odzivom na hipoksijo so raziskovalci ustvarili tri skupine gensko spremenjenih miši:

1. HIF-1α ni bil proizveden v jetrnem tkivu.
2. Ni proizvedel BMAL1.
3. Oba proteina nista bila proizvedena.

Rezultati:

• Ko se je raven kisika znižala, je odsotnost BMAL1 preprečila kopičenje HIF-1α, kar je poslabšalo genetski odziv na hipoksijo.
• Miši, ki jim nista bili obe beljakovini, so imele nizko stopnjo preživetja, odvisno od časa dneva, pri čemer je bila smrtnost še posebej visoka ponoči.

Zaključki: BMAL1 in HIF-1α igrata ključno vlogo pri zaščiti telesa pred hipoksijo, cirkadiani ritmi pa so neposredno povezani z odzivom telesa na pomanjkanje kisika.

Patologija jeter in povezava s pljuči

Pri miših brez obeh beljakovin v jetrih so raziskovalci odkrili nizko raven kisika v krvi še pred izpostavljenostjo hipoksiji, kar je sprožilo sum, da so smrti povezane z okvarjenim delovanjem pljuč.

• Te miši so razvile hepatopulmonalni sindrom, stanje, pri katerem se krvne žile v pljučih razširijo, kar poveča pretok krvi, vendar zmanjša učinkovitost privzema kisika.
• Analiza je pokazala povečano proizvodnjo dušikovega oksida v pljučih, kar je povečalo vazodilatacijo (širjenje krvnih žil).

Pomen študije

1. Kronobiologija bolezni: Ugotovitve pojasnjujejo, zakaj se stanje bolnikov s hipoksijo ali boleznimi, kot sta astma ali srčni infarkt, v določenih delih dneva poslabša.
2. Modeli bolezni: Miši brez HIF-1α in BMAL1 so postale prvi genetski model za preučevanje hepatopulmonalnega sindroma, kar odpira nove možnosti za zdravljenje.
3. Možnosti zdravljenja: Študija kaže, da bi lahko bila nova možnost zdravljenja ciljno usmerjena zdravila, ki uravnavajo beljakovine, vključene v komunikacijo med jetri in pljuči.

»Šele začenjamo razumevati kompleksne mehanizme, ki povezujejo cirkadiane ritme, hipoksijo in interakcije med organi,« je dejal profesor Asher. »Ta odkritja lahko vodijo do novih načinov zdravljenja bolezni, povezanih s pomanjkanjem kisika.«