Субекти

Глюкокортикоидите са стероидни хормони, които се свързват с глюкокортикоидния рецептор (GR), който след това навлиза в ядрото и регулира генната експресия. Известно е, че тези хормони се секретират със силен циркаден ритъм; обаче ритмичните геномни действия на GR никога не са били характеризирани. Проучване в Молекулярна клетка е идентифицирал молекулярните механизми за контролирани от GR цикли на метаболизъм и демонстрира как тези ритми се влияят от диетата.

глюкокортикоидни

„GR беше замесен в циркадните ритми в продължение на много години, но всъщност никой не беше предприел никакви систематични проучвания в целия геном“, обяснява авторът-кореспондент Нина Хенриет Уленхаут. „Например, много лаборатории по света използват GR лиганда дексаметазон за синхронизиране на ритмите в култивираните клетки, но освен за индуциране на експресия на ключови циркадни гени на часовника На 1 и По2, никой не знаеше механизмите, които стоят зад тази Zeitgeber функция на GR. "

Пикът на секрецията на глюкокортикоиди настъпва в началото на фазата на хранене, която настъпва рано сутрин при хората и рано през нощта при мишки. За да изследват молекулярните механизми на GR ритмите, мишките са хранени с контролна диета или диета с високо съдържание на мазнини (HFD) в продължение на 12 седмици. След това мишките се жертваха на 4-часови интервали през целия ден и през нощта, а черният дроб се събираше, процедура, която се провежда внимателно, за да се избегне увеличаване на секрецията на кортикостерон, хормонът на стреса, който е ендогенният GR лиганд.

Хроматиновото имунопреципитация, последвано от секвениране (ChIP – sq) на контролен черен дроб на мишка, показва, че свързването на GR с хроматин е ритмично, като най-голям брой GR-свързани локуси е идентифициран в началото на фазата на хранене.

Интересното е, че интегрирането на наборите данни от ChIP-seq с публикувани чернодробни цистроми показа, че GR-свързването частично се припокрива с основните тактови механизми (например PER1/2 и CRY1/2), което задвижва ритмичната генна експресия. Нещо повече, функционалното анотиране на свързаните с GR-часов регулатор елементи показва, че те са разположени върху гени с протеинови продукти, участващи в метаболизма на въглехидратите, липидите и аминокиселините.

След това черният дроб на мишки, хранени с HFD, бяха анализирани чрез ChIP – sq. Въпреки че общият модел на ритмично свързване на GR е запазен, HFD е свързан със забележимо препрограмиране; в черния дроб на мишки, хранени с чау, събрани през нощта, 13 000 места са заети от GR, докато допълнителни 9 354 места са заети в мишки, хранени с HFD, а анализът за обогатяване на мотиви на GR-свързващите места идентифицира специфичен за нощта консенсус, предизвикан от HFD STAT5 мотив.

„Анализ на обогатяване на мотиви на GR-свързващи сайтове идентифицира специфичен за нощта HFD-индуциран мотив на STAT5 консенсус“

„Идентифицирахме нов механизъм, чрез който активността на GR се променя от храненето и диетата, по независим от лиганда начин“, казва първият автор Fabiana Quagliarini. „Открихме, че HFD храненето увеличава съпътстващата заетост на GR – STAT5 и че това повишено свързване на GR с чернодробния хроматин, особено през нощта по време на фазата на хранене, е свързано с регулирането на метаболитните генни мрежи.“

За да се изследва дали индуцираното от HFD препрограмиране е повлияло на метаболизма, черният дроб е бил събран както преди от контролни или диви тип мишки, хранени с HFD и специфични за хепатоцитите GR-нокаутиращи мишки. При мишки от див тип HFD се свързва с увеличен брой метаболитни гени, които са диференцирано регулирани през нощта. Важно е, че GR-мутантните мишки показват намалена ритмична генна експресия и дерегулация на метаболизма на липидите, мастните киселини и глюкозата. Освен това, мутантните мишки са по-склонни към развитие на чернодробна стеатоза.

И накрая, мишките, хранени с HFD и хранени с чау, бяха третирани с единична доза дексаметазон. Както се очакваше, този GR лиганд увеличи чернодробното свързване на GR хроматин; обаче, мишките, хранени с HFD, са имали повишено свързване на GR в сравнение с мишки, хранени с чау, потвърждавайки, че индуцираното от HFD препрограмиране е независимо от лиганда.

„Най-важната следваща стъпка ще бъде преводът на тези открития на човешки пациенти, за да се потвърди увеличаването на свързването на GR – STAT5 промотор – енхансер в проби от биопсия на човешки черен дроб“, заключава Uhlenhaut. „От решаващо значение ще бъде да се определи дали пациентите със затлъстяване и инсулинова резистентност наистина реагират по различен начин на глюкокортикоидни лекарства и времето на деня ще бъде много важно съображение за това кога да се прилагат тези лекарства.“