Как голодание влияет на гены, метаболизм и циркадные ритмы организма

Циркадные ритмы и биологическое старение

Циркадные ритмы являются основой хронобиологии организма, поддерживая гомеостаз в ответ на изменения условий окружающей среды. Цикличность ритмов приема пищи, в свою очередь, также является разновидностью биоритмов функционирования систем, органов и тканей. Однако до настоящего времени оставалось неясным, каким образом ограничения в питании влияют на активность биоритмов организма.

В новом исследовании, проведенном учеными Калифорнийского университета в Ирвайне (University of California, Irvine), США, представлены доказательства того, что лечебное голодание оказывает позитивное влияние на циркадные ритмы организма, способствуя реструктурированию метаболических процессов в печени и скелетных мышцах, улучшая здоровое функционирование организма и являясь превентивным фактором в развитии заболеваний, связанных с биологическим старением. Статья по материалам исследования была опубликована в издании «Cell Reports» 18 декабря 2019 г.

Хронобиология голодания

В своем исследовании ученые продемонстрировали, что транскрипционный физиологический ответ на лечебное голодание осуществляется через молекулярные механизмы, отличные от ограниченных по времени режимов питания. Прежде всего установлено, что голодание оказывает влияние на экспрессию основных генов и протеинов, функционирующих как часовые переключатели. Это приводит к замедлению ритмов физиологических регуляторных путей BMAL1 и REV-ERBα как в печени, так и в скелетных мышцах. Вторым по значимости стало описание явления, при котором режим голодания инициирует переключение временной экспрессии генов, благодаря активации определенных чувствительных к подобному физиологическому режиму факторов транскрипции, таких как GR, CREB, FOXO, TFEB и PPAR.

Кроме того, исследователям удалось получить эмпирические данные о том, что биоритмический геномный ответ на голодание устойчив при длительном голодании и обратим при возврате к привычному ритму питания.

Таким образом, авторы исследования пришли к заключению, что режим лечебного голодания формирует специализированную динамику транскрипционной координации между индивидуальными биоритмами организма и чувствительными к ритму питания метаболическими путями, что, в свою очередь, позволяет достигать перехода к специфичной для голодания временной регуляции экспрессии генов.

Комментируя результаты новой работы, руководитель исследования Паоло Сассоне-Корси (Paolo Sassone-Corsi), профессор биологической химии Медицинской школы Калифорнийского университета в Ирвайне, отметил: «Мы обнаружили, что голодание влияет на циркадные ритмы и клеточные ответы организма, что в целом определяет картину временной регуляции генов, характерной для голодания».

Впервые взаимосвязь циркадных ритмов и метаболических процессов в организме коллектив исследователей под руководством П. Сассоне-Корси была продемонстрирована около 10 лет назад, когда были описаны метаболические пути, в которых циркадные протеины модулируют свою активность в ответ на изменения клеточного энергообеспечения. Дизайн нового исследования предполагал наблюдение за лабораторными животными, которых подвергали 24-часовым периодам голодания. В ходе эксперимента у лабораторных мышей отмечалось снижение уровня потребления кислорода, коэффициента дыхательного обмена и расхода энергии. Однако указанные показатели полностью восстанавливались до физиологических значений при возобновлении кормления животных, что совпадало с результатами наблюдений у людей.

Перспективы хрономедицины

«Реорганизация регуляции генов на фоне голодания может формировать условия более пермиссивной генетической экспрессии — уровня функционирования генома, позволяющего прогнозировать предстоящее потребление пищи и тем самым стимулировать новый ритмический цикл экспрессии генов. Другими словами, голодание может способствовать глубокому перепрограммированию различных клеточных ответов. Исходя из этого, регламентированное голодание в определенное время будет иметь важное терапевтическое значение в регуляции клеточных функций и в конечном итоге — для поддержания оптимального функционирования организма и профилактики заболеваний, связанных с биологическим старением», — объяснил профессор П. Сассоне-Корси.

В заключение авторы работы отметили, что проведенное исследование, бесспорно, открывает новые возможности для изучения и разработки стратегий лечебного питания и хрономедицины.

• Kinouchi K., Magnan C., Ceglia N. et al. (2018) Fasting Imparts a Switch to Alternative Daily Pathways in Liver and Muscle. Cell. Rep., 25 (12): 3299–3314.
• University of California — Irvine (2019) How fasting can improve overall health: Protects against aging-associated diseases. ScienceDaily, Jan. 15.

Наталья Савельева-Кулик