Проучване обяснява защо астмата, сърдечните пристъпи и други заболявания често се появяват рано сутрин

Изследователи в лабораторията на професор Гад Ашер в Научния институт „Вайцман“ са направили важно откритие: ключов компонент на циркадните ритми, протеин, наречен BMAL1, регулира реакцията на организма към кислороден дефицит. Констатациите, публикувани в Cell Metabolism, помагат да се обясни защо много състояния на кислороден дефицит са зависими от времето.

Ролята на циркадните ритми и кислородния дефицит

Циркадните ритми са 24-часов вътрешен молекулярен механизъм, който регулира процесите във всяка клетка на тялото. Протеинът BMAL1, известен като „часовникът“ на клетката, взаимодейства с друг ключов протеин, HIF-1α, който се активира, когато липсва кислород.

• HIF-1α: При нормални нива на кислород, този протеин бързо се разрушава. При негов дефицит обаче, HIF-1α се стабилизира, натрупва и активира гени, които помагат за адаптиране към хипоксия.
• BMAL1: Изследванията показват, че този циркаден протеин не само подобрява функцията на HIF-1α, но и играе независима роля в реакцията на организма към кислороден дефицит.

Експеримент с мишки

За да проучат връзката между циркадните ритми и реакцията на хипоксия, изследователите създадоха три групи генетично модифицирани мишки:

1. HIF-1α не се произвежда в чернодробната тъкан.
2. Не е произвел BMAL1.
3. И двата протеина не бяха произведени.

Резултати:

• Когато нивата на кислород спадат, отсъствието на BMAL1 предотвратява натрупването на HIF-1α, което нарушава генетичния отговор към хипоксия.
• Мишките, на които липсват и двата протеина, са имали ниски нива на оцеляване в зависимост от времето на деня, като смъртността е била особено висока през нощта.

Заключения: BMAL1 и HIF-1α играят ключова роля в защитата на организма от хипоксия, а циркадните ритми са пряко свързани с реакцията на организма към кислороден дефицит.

Патология на черния дроб и връзката му с белите дробове

При мишки без двата протеина в черния дроб, изследователите открили ниски нива на кислород в кръвта още преди излагане на хипоксия, което повдигнало съмнения, че смъртните случаи са свързани с нарушена белодробна функция.

• Тези мишки развили хепатопулмонален синдром, състояние, при което кръвоносните съдове в белите дробове се разширяват, увеличавайки кръвния поток, но намалявайки ефективността на усвояването на кислород.
• Анализът показа повишено производство на азотен оксид в белите дробове, което увеличи вазодилатацията (разширяване на кръвоносните съдове).

Значение на изследването

1. Хронобиология на заболяването: Констатациите обясняват защо пациентите с хипоксия или заболявания като астма или инфаркти се влошават в определени часове на деня.
2. Модели на заболяването: Мишки без HIF-1α и BMAL1 са се превърнали в първия генетичен модел, изучаващ хепатопулмонален синдром, откривайки нови възможности за лечение.
3. Перспективи за лечение: Проучването предполага, че целенасочените лекарства, които регулират протеините, участващи в комуникацията между черния дроб и белите дробове, биха могли да бъдат нова възможност за лечение.

„Току-що започваме да разбираме сложните механизми, свързващи циркадните ритми, хипоксията и междуорганните взаимодействия“, каза професор Ашър. „Тези открития могат да доведат до нови лечения за заболявания, свързани с кислороден дефицит.“