Wewnętrzny zegar organizmu decyduje nie tylko o tym, kiedy śpimy, ale także o tym, jak szybko goją się nasze mięśnie. Nowe badanie przeprowadzone na myszach przez Northwestern Medicine, opublikowane w Science Advances, sugeruje, że urazy mięśni goją się szybciej, gdy występują podczas naturalnych godzin czuwania organizmu. Według głównej autorki, Clary Peek, adiunkta biochemii i genetyki molekularnej w Feinberg School of Medicine na Northwestern University, odkrycia te mogą mieć wpływ na pracowników zmianowych, a także okazać się przydatne w zrozumieniu skutków starzenia się i otyłości. Badanie może również pomóc wyjaśnić, w jaki sposób zakłócenia, takie jak jet lag i przejście na czas letni, wpływają na rytm dobowy i regenerację mięśni.

Rytm okołodobowy i regeneracja mięśni

„W każdej z naszych komórek mamy geny, które tworzą molekularny zegar dobowy” – powiedział Peek. „Te geny zegara kodują zestaw czynników transkrypcyjnych, które regulują wiele procesów zachodzących w całym organizmie, synchronizując je z odpowiednią porą dnia. Zachowania takie jak sen/budzenie, metabolizm, temperatura ciała i hormony – wszystko to ma charakter okołodobowy”. Poprzednie badania przeprowadzone w laboratorium Peek wykazały, że myszy szybciej regenerują tkankę mięśniową, gdy do uszkodzenia dochodzi w normalnych godzinach czuwania. Gdy myszy doznały uszkodzenia mięśni podczas zwykłych godzin snu, gojenie spowolniło. W obecnym badaniu Peek i jej współpracownicy starali się lepiej zrozumieć, w jaki sposób zegary dobowe w komórkach macierzystych mięśni kontrolują regenerację w zależności od pory dnia.

Na potrzeby badania Peek i jej współpracownicy przeprowadzili sekwencjonowanie pojedynczych komórek uszkodzonych i nieuszkodzonych mięśni u myszy o różnych porach dnia. Odkryli, że pora dnia wpływa na odpowiedź zapalną w komórkach macierzystych, które sygnalizują neutrofile – „pierwsze reagujące” wśród wrodzonych komórek odpornościowych w regeneracji mięśni. Naukowcy odkryli, że sygnały między komórkami były znacznie silniejsze natychmiast po urazie, gdy myszy zostały zranione w godzinach czuwania. Było to ekscytujące odkrycie i kolejny dowód na to, że okołodobowa regulacja regeneracji mięśni jest kontrolowana przez dialog między komórkami macierzystymi i komórkami odpornościowymi. Naukowcy odkryli, że zegar komórek macierzystych mięśni wpływał również na produkcję ^NAD+ po urazie. ^NAD+ to koenzym występujący we wszystkich komórkach, który jest niezbędny do produkcji energii w organizmie i bierze udział w setkach procesów metabolicznych. Następnie zespół naukowców wykorzystał genetycznie zmodyfikowany model myszy, który specjalnie zwiększył produkcję ^NAD+ w komórkach macierzystych mięśni i odkrył, że ^NAD+ indukuje reakcje zapalne i rekrutację neutrofili, promując w ten sposób regenerację mięśni.

Ekscytujący obszar badań

Według naukowców wyniki te mogą być szczególnie istotne dla zrozumienia zaburzeń rytmu okołodobowego związanych ze starzeniem się i otyłością. Zaburzenia okołodobowe związane ze starzeniem się i zespołami metabolicznymi, takimi jak otyłość i cukrzyca, są również związane ze zmniejszoną regeneracją mięśni. Eksperci twierdzą, że teraz możemy zadawać pytania: Czy te zaburzenia okołodobowe przyczyniają się do gorszej zdolności regeneracyjnej mięśni w tych warunkach? Jak wpływa to na układ odpornościowy?

W przyszłości Peek i jej współpracownicy mają nadzieję dokładnie określić, w jaki sposób ^NAD + wyzwala odpowiedzi immunologiczne i jak te odpowiedzi są zmieniane w chorobie. Duża część biologii okołodobowej koncentruje się na zegarach molekularnych w pojedynczych typach komórek i przy braku stresu. Do niedawna naukowcy nie dysponowali technologią umożliwiającą odpowiednie badanie interakcji między komórkami. Zrozumienie, w jaki sposób różne zegary okołodobowe oddziałują na siebie w warunkach stresu i regeneracji, jest naprawdę ekscytującą nową granicą.