Dva vzájomne sa dopĺňajúce vedecké články ukazujú, že centrálne a periférne cirkadiánne hodiny koordinujú dennú činnosť kože a svalov. Koordinácia medzi týmito dvoma hodinami (centrálnymi a periférnymi) zabezpečuje 50 % cirkadiánnych funkcií tkanív, vrátane životne dôležitých procesov, ako sú bunkový cyklus, oprava DNA, mitochondriálna aktivita a metabolizmus. Synchronizácia medzi centrálnymi a periférnymi hodinami v mozgu zabraňuje predčasnému starnutiu svalov a zlepšuje ich funkciu, čo naznačuje nové stratégie boja proti úpadku súvisiacemu s vekom prostredníctvom modulácie 24-hodinového rytmu.

Ako cirkadiánne hodiny zabezpečujú udržanie optimálnej funkčnosti svalov a kože

Cirkadiánne hodiny, objavené v 70. rokoch 20. storočia, sú nevyhnutné na reguláciu biologického času vo väčšine buniek ľudského tela. Tieto vnútorné mechanizmy prispôsobujú biologické procesy 24-hodinovému cyklu a umožňujú synchronizáciu bunkových funkcií s dennými výkyvmi v prostredí. Cirkadiánne rytmy, ktoré koordinujú centrálne hodiny v mozgu komunikujúce s hodinami v rôznych periférnych tkanivách, ovplyvňujú mnohé funkcie, od našich spánkových vzorcov až po schopnosť využívať potravu.

Tím pod vedením Dr. Salvadora Aznara Benitaha, výskumníka ICREA v IRB Barcelona, a Dr. Pury Muñoz-Cánoves, výskumníčka ICREA na Fakulte medicíny a vied o živej prírode Univerzity Pompeu Fabra (UPF), opísal, ako synchronizácia medzi centrálnymi hodinami a periférnymi hodinami vo svaloch a koži zohráva kľúčovú úlohu pri zabezpečovaní správneho fungovania týchto tkanív, ako aj pri prevencii degeneratívnych procesov spojených so starnutím. Výsledky tejto práce boli uverejnené v dvoch článkoch v prestížnych odborných časopisoch. Štúdia o synchronizácii medzi centrálnymi a periférnymi biologickými hodinami bola uverejnená v časopise Science, zatiaľ čo práca o koordinácii medzi centrálnymi biologickými hodinami a periférnymi biologickými hodinami v koži bola uverejnená v časopise Cell Stem Cell. Obidve štúdie poukazujú na spoločné mechanizmy, ktoré zdôrazňujú dôležitosť tejto koordinácie pri udržiavaní optimálnej funkčnosti svalov a kože.

Práca tiež opisuje pozoruhodný stupeň autonómie periférnych biologických hodín, ktoré dokážu udržiavať 24-hodinové cykly a riadiť približne 15 % cirkadiánnych funkcií aj bez prítomnosti centrálnych biologických hodín. Štúdia zdôrazňuje, že na udržanie optimálnej funkcie tkanív, ako sú svaly a koža, a na prevenciu ich poškodenia a starnutia je potrebná minimálna interakcia medzi iba dvoma tkanivovými hodinami (jednými centrálnymi a jednými periférnymi). Ďalším krokom je identifikácia signálnych faktorov zapojených do tejto interakcie s ohľadom na potenciálne terapeutické aplikácie.

Vývoj terapií proti starnutiu svalov a zlepšovanie fyzickej výkonnosti v starobe

Štúdia o komunikácii medzi mozgom a svalmi, uverejnená v časopise Science, potvrdzuje, že koordinácia medzi centrálnymi a periférnymi biologickými hodinami je kľúčová pre udržanie dennej funkcie svalov a prevenciu predčasného starnutia týchto tkanív. Obnovenie cirkadiánneho rytmu znižuje stratu svalovej hmoty a sily, a tým zlepšuje zhoršenú motorickú funkciu v experimentálnych myšacích modeloch.

Výsledky výskumu tiež ukázali, že časovo obmedzené stravovanie (TRF), ktoré spočíva v príjme potravy iba počas aktívnej fázy dňa, môže čiastočne nahradiť centrálne biologické hodiny a zlepšiť autonómiu svalových biologických hodín. Ešte dôležitejšie je, že toto obnovenie cirkadiánneho rytmu prostredníctvom TRF môže spomaliť úbytok svalovej hmoty, zhoršovanie metabolických a motorických funkcií a stratu svalovej sily u starých myší.

Tieto zistenia majú významný vplyv na vývoj terapií zameraných na starnutie svalov a zlepšenie fyzickej výkonnosti v starobe. Dr. Arun Kumar a Mireia Vaca Dempere, obaja z UPF, sú prvými autormi tejto štúdie, na ktorej sa podieľali aj Dr. Eusebio Perdiguero a Antonio Serrano, ktorí pôsobili na UPF a v súčasnosti pracujú v spoločnosti Altos Labs.

V štúdii uverejnenej v časopise Cell Stem Cell tím preukázal, že cirkadiánne hodiny kože zohrávajú kľúčovú úlohu pri koordinácii dennej fyziológie tohto tkaniva. Táto koordinácia, prostredníctvom integrácie a niekedy aj modifikácie signálov z mozgu, zabezpečuje správne fungovanie kože.

Prekvapivým zistením bolo, že v prípade absencie periférnych hodín si centrálne biologické hodiny zachovávajú cirkadiánny rytmus kože, fungujú však opačne ako za normálnych okolností (t. j. podľa opačného harmonogramu). Vedci napríklad zistili, že ak by replikáciu DNA riadili iba centrálne hodiny, prebiehala by počas dňa, keď je koža vystavená ultrafialovému žiareniu, čo by zvýšilo riziko hromadenia mutácií. Tento jav podčiarkuje dôležitosť periférnych biologických hodín, ktoré nielen prijímajú signály z centrálnych hodín – ktoré koordinujú rytmy celého organizmu –, ale tieto signály aj prispôsobujú špecifickým potrebám tkaniva, v ktorom sa nachádzajú (v prípade kožných kmeňových buniek dosahuje replikácia DNA vrchol, keď sú počas dňa vystavené ultrafialovému žiareniu).