Studiul evidențiază diferențele ritmurilor circadiene între tipurile de celule
Ceasurile biologice coordonează organizarea spatiotemporală a metabolismului cu semnalele temporale diurne, iar studiile de secvențiere a ARN-ului din țesuturi în masă la mamifere au relevat o expresie genică circadiană (aproximativ 24 de ore) extinsă la șoareci și primate nonumane.
Cu toate acestea, modul în care organizarea specifică pe tipuri de celule a expresiei genelor circadiene este realizat în țesuturile metabolice a rămas neclar, în mare parte din cauza că profilarea țesutului în masă mediează heterogenitatea celulară a organelor precum ficatul și mușchii scheletici.
Un nou studiu publicat în Life Metabolism de către Profesorul Min-Dian Li de la Universitatea Medicală a Armatei și Profesorul Dingbang Ma de la Centrul de Cercetare Interdisciplinară în Biologie și Chimie, Academia Chineză de Științe, oferă acum dovezi că transcripția circadiană în aceste țesuturi este organizată într-o manieră specifică tipurilor de celule. Echipa a utilizat secvențierea ARN-ului din nucleul unic (snRNA-seq) pentru a profila transcripția circadiană în funcție de tipurile de celule din mușchiul scheletic și ficat la șoareci femele, identificând programe genice ritmice specifice tipurilor de celule, activități de căi specifice fazelor și factori de transcripție circadieni candidați în hepatocitele zonate și subtipurile metabolice distincte ale mio-nucleilor.
Prin utilizarea snRNA-seq pe mușchiul gastrocnemius și ficatul prelevate la fiecare 3 ore pe o perioadă de 24 de ore în întuneric constant, cercetătorii au profilat transcripția circadiană între tipurile de celule, inclusiv hepatocitele rezolvate pe axa portal–vena centrală (zonele 1–4) și mio-nuclei rezolvați în subtipuri, inclusiv fibrele de tip I, IIa, IIb și IIx.
Mai degrabă decât un ritm uniform la nivelul țesutului, au descoperit că conținutul genelor ritmice varia în funcție de identitatea celulară. Fiecare subtip conținea între 1.300 și 3.000 (6%–13%) și 600–1.600 (4%–8%) gene ritmice în ficat și mușchiul scheletic, respectiv. Hepatocitele zonate au prezentat o ritmicitate circadiană semnificativ mai mare decât celulele nonparenchimatoase, iar mio-nuclei de tip IIb au avut cel mai mare număr de gene ritmice dintre mio-nuclei.
Experimentele suplimentare au arătat că subtipurile metabolice distincte activează căi diferite în funcție de faze. Hepatocitele din zona periportală 1 au arătat semnalizare cAMP, semnalizare FOXO, metabolismul xenobiotic și metabolismul nutrienților active în fazele inactive și active, respectiv, în timp ce hepatocitele din zona pericentrală 4 au reglat semnalizarea HIF-1, glicoliza și metabolismul pirimidinelor în timpul fazei active. În mușchi, mio-nuclei de tip IIa oxidativ au prezentat o activitate robustă a fosforilării oxidative, ciclului acid citric și semnalizării PPAR și PI3K-AKT în faza activă târzie, în timp ce mio-nuclei glicolitici de tip IIb au activat căile glicolizei/gluconeogenezei și ribozomului în faza inactivă.
Când echipa a aplicat analiza regulonului SCENIC, au observat reglatori circadieni candidați specifici pentru aceste subtipuri, inclusiv Srebf1, Foxo1 și Tead3 în hepatocitele din zona 1, receptorii nucleari selectiv îmbogățiți și exprimați ritmic, inclusiv Nr1h4 (FXR) și Ppara în hepatocite, și Ppara, Esrrg și Klf15 legați de mio-nuclei oxidativi, cu Tbx15 asociat cu mio-nuclei glicolitici. O cohortă de validare formată din șoareci femele sărăciți sau mutanți Clock hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi timp de 12 săptămâni a oferit dovezi independente la nivelul țesutului în masă că mai mulți dintre acești regulatori, inclusiv Srebf1, Foxo1, Nr1h4, Ppara, Klf15 și Tbx15, sunt reglați de sistemul ceasului circadian. Consistent cu acest lucru, programele ritmice au variat semnificativ între subtipuri: doar 29 de gene ritmice erau comune între subtipurile de mio-nuclei (inclusiv genele de bază ale ceasului, cum ar fi Arntl, Clock și Per2), în timp ce 1.481 de gene ritmice erau comune între zonele hepatocitelor.
Aceste descoperiri contestă viziunea conform căreia transcripția circadiană în țesuturile metabolice este un fenomen larg uniform la nivelul țesutului, arătând mai degrabă că zonarea hepatică și tipul metabolic de mio-nuclei sunt asociate cu modele diferențiale de expresie genică metabolică circadiană și legate de activitățile circadiene ale factorilor de transcripție. Studiul identifică un peisaj circadian rezolvat pe tipuri de celule și factori de transcripție candidați, inclusiv receptori nucleari metabolici care pot fi vizați terapeutic, sugerând feronțe terapeutice circadiene potențiale.
