Биологические ритмы нашего организма формируются эндогенно, изнутри нашего тела, но они могут изменяться под внешними воздействиями, такими как солнечный свет и температура. Биологические ритмы играют важную роль в создании режима сна и питания всех животных, включая человека. В этой статье вы узнаете, как один ген связан с работой биологических ритмов и рисков развития абдоминального ожирения.
Статья основана на выводах 57 научных исследований
В статье цитируются такие авторы, как:
- Центр хронобиологии, школа биомедицинских и молекулярных наук, Университет Суррея, Гилфорд, Великобритания
- Кафедра генетики человека, Университет Юты, Солт-Лейк-Сити, США
- Факультет естественных наук, кафедра биологии, биохимии, Фрибургский университет, Швейцария
Обратите внимание, что буквы в скобках (R, p и т.д.) являются кликабельными ссылками на рецензируемые научные исследования. Вы можете перейти по этим ссылкам и ознакомиться с первоисточником информации для статьи.
Биологические ритмы - что это?
Биологические ритмы, их еще называют - циркадными ритмами, вплетены в ткань нашей жизни и определяют, как быстро мы засыпаем ночью, качество и длительность нашего сна, легкость, с которой мы просыпаемся утром, и степень нашей дневной бдительности.
Эти биологические ритмы, управляемые ежедневными биологическими часами, сохраняются даже в постоянной окружающей среде. Все мы хорошо знакомы с этим ритмичным аспектом нашей жизни, будь то регулярное время утреннего пробуждения или адаптация к летнему времени, или путешествие по многим часовым поясам (смена часовых поясов). Эти биологические часы широко распространены в природе и встречаются в растениях, животных, грибах и даже некоторых бактериях (цианобактериях).
Циркадные ритмы могут предоставлять организму преимущество на клеточном уровне, то есть ограничивая определенные процессы ночью, которые чувствительны к яркому солнечному свету (например, репликация ДНК). Исследования показали, что организмы, чей часовой период совпадает с периодом их окружающей среды, будут расти или конкурировать лучше, чем те организмы, которые не синхронизированы с окружающей средой.
Связь биологических ритмов с генетикой
Будущее циркадной биологии будет в значительной степени зависеть от использования методов молекулярной биологии для анализа биологических процессов сохранения времени. Например, мы сможем задать и ответить на такие вопросы, как связаны ли биологические ритмы, циркадные нарушения и индивидуальные вариации периода с полиморфизмами генов часов?
Кроме того, достижения в области циркадной биологии позволят врачам разработать более эффективные и рациональные методы лечения за счет более глубокого понимания временных отклонений в чувствительности. Кроме того, расширение нашего понимания “часов, которые нас отсчитывают”, поможет в лечении заболеваний, связанных с нарушением биологических ритмов: депрессия, расстройства сна и бодрствования (бессонница), печаль, связанные со старением циркадные проблемы и джетлаг (например, нарушения из-за смены часовых поясов).
Биологические ритмы и ген PER2
Ген PERIOD2, сокращенно PER2, является ключевым компонентом биологических часов. Это один из основных генов, отвечающих за суточные ритмы человека, также известных как циркадные ритмы. (R , R, R)
Многое из того, что происходит в организме, следует ежедневному ритму, поэтому неудивительно, что ген PER2 играет много разнообразных ролей. Но при мутации гена возникают различия в его действии на организм разных людей.
Несколько отличий, возникающих при мутациях гена PER2:
- Люди могут быть утренним "жаворонком", либо ночной "совой" (р, р, р, р, р)
- Развитие синдрома продвинутой фазы сна, унаследованный ненормальный сон, когда люди сонливы рано вечером и просыпаются очень рано утром (R, R, R)
- Уровень выработки мелатонина ночью (R)
- Высокие риски развития депрессии, биполярного расстройства, сезонных колебаний настроения и зимней депрессии (R, R, R, R)
- Бессонница (R)
- Стимул вознаграждения и уровень дофамина в мозге (R, R)
- Масса тела (ожирение) (R, R)
- Показатели глюкозы в крови натощак, уровень холестерина и риски развития метаболического синдрома (R, R, R, R)
Варианты гена PER2 и вредные привычки в еде
Когда ученые посадили 454 человека с избыточным весом и ожирением на средиземноморскую диету, то они обнаружили несколько интересных вещей. Одна из них заключалась в том, что ген PER2 был связан с абдоминальным ожирением, или, говоря простым языком, с жиром на животе. Они также обнаружили, что люди, которые имели полиморфизм генов циркадной системы PER2 - rs2304672 SNP, были более склонны к (R):
- Перестать следовать режиму диеты или учебы
- Испытывать стресс во время соблюдения диеты
- Быть очень зависимыми от перекусов снеками
- Есть когда скучно
- Пропускать завтрак
Эти проблемы поведения и привычки, вероятно, влияют не только на вероятность похудеть, но и могут помешать удержать вес в долгосрочной перспективе. (R)
Полиморфизмы в этом гене могут увеличить риск заболеть раком и получить нарушение фаз сна. (R)
Например, большое исследование с участием почти 35.000 человек показало, что две из вышеперечисленных привычек, постоянные перекусы и пропуск завтрака, были тесно связаны с развитием ожирения и трудность похудения. (R)
Как ген PER2 влияет на ожирение?
В исследовании с участием 8 полных мужчин более низкая активность гена PER2 в жировой ткани была связана с большей окружностью талии. (R) Но основываясь только на этом исследовании, мы не можем сделать вывод, является ли низкий уровень PER2 причиной ожирения, потому что также возможно, что определенные диеты, образ жизни или метаболические параметры снижают PER2.
Именно здесь на помощь приходят исследования на животных. Ученые обнаружили, что у мышей, у которых отсутствует ген PER2, развивается так называемый "синдром ночного питания", который сочетает в себе черты нарушения биологических ритмов и расстройства пищевого поведения. На диете с высоким содержанием жиров эти мыши ели столько же во время своего периода отдыха, сколько и во время активного периода, и именно так они набирали вес. (R)
Существует два основных механизма, в которых ген PER2, видимо, влияет на массу тела:
- Непосредственно - изменяя уровни инсулина, глюкозы и жирового обмена. Ген PER2 может работать, блокируя ген PPARy, который отвечает за хранение жира. (R, R)
- Косвенно - изменяя уровень дофамина и тем самым поведение в поисках пищи. (R)
В случае полиморфизма гена PER2 - rs2304672 SNP и трудностью соблюдения диеты, связанный с дофамином косвенный эффект (изменение его уровня) является более вероятным виновником.
Связь гена PER2 и рака молочной железы
Недавнее исследование, показало, что два гена — Bmal1 и PER2 — продуцируют белок, способствующий развитию рака, когда человек сталкивается с нарушением биологических ритмов во время "джетлаг". Это, как предполагают исследователи, может объяснить, почему люди, работающие в ночную смену, подвергаются более высокому риску развития рака. (R)
Другое исследование, проведенное в Техасском университете A&M в Колледж-Стейшн, предполагает, что тот же ген Per2 может оказывать защитный эффект против образования опухолей молочной железы. (R)
При дальнейшем исследовании ученые обнаружили, что гены Bmal1 и PER2 регулируют выработку белка c-myc. Этот белок, как известно, способствует росту рака. Команда ученых объясняет, что когда эти гены снижают свою активность, то белок c-myc накапливается, что вызывает повышение клеточного метаболизма, роста и деления. Это может подпитывать развитие рака.
В подтверждение своих выводов, проанализировав образцы опухолей легких человека, исследователи выявили значительно более низкие уровни экспрессии генов Bmal1 и PER2, а также более низкую экспрессию других генов, регулирующих циркадный ритм. (R)
Что влияет на активность гена PER2
Если активность гена PER2 влияет на нарушение пищевого поведения, биологических ритмов, накопления жира и, как следствие, развития большого числа заболеваний, то будет лучше, если активность этого гена не будет снижаться. Исключением могут являться люди, имеющие полиморфизм этого гена - rs2304672 SNP.
Что увеличивает активность PER2
- Форсколин (R) (самый сильный эффект)
- Прогестерон (R)
- Селенит натрия (R)
- EGCG (R)
- Витамин D (R)
- Капсаицин (R) (на крысах)
- Куркумин (R)
- Физическая активность
Что снижает активность гена PER2
- Вальпроевая кислота (R)
- Курение (R)
- Эстроген (R) (на крысах)
- Парацетамол (R)
- Преднизолон (R)
- Формальдегид (R)
- Твердые частицы грязного воздуха (R)
- Кверцетин (R) (на крысах)
- Диоксид кремния (R)
- Мышьяк (Р, Р)
- Бутиральдегид (R)
- Пентаналь (R)
- Пропиональдегид (R)
- Альдегиды (R)
- Атразин (R)
- Кадмий (R)
- Сульфат меди (R)
Заболевания, при которых изменена экспрессия гена PER2
Увеличена активность: рак почки, диабет 1 типа, дерматомиозит, кистозный фиброз, диабет 2-го типа, преддиабет, астроцитома, цитомегаловирус, множественная миелома, глиобластома, атопическая экзема, ишемическая болезнь сердца, хроническая болезнь почек, болезнь Бехтерева, гипертония, пищевод Барретта и др.
Снижена активность: рак предстательной железы, рак молочной железы, остеосаркома, эндометриоз, глиобластома, рак яичников, аденокарцинома пищевода, ХОБЛ, псориаз, периодонтит, рак легких, аденома коры надпочечников, биполярное расстройство, болезнь Альцгеймера, синдром поликистозных яичников, болезнь Крона, язвенный колит, рассеянный склероз, заболевание периферических артерий, болезнь Паркинсона и др.
Больше полезной информации по теме в статьях:
Циркадный ритм: как настроить и улучшить ваш сон и здоровье
Циркадный ритм и иммунная система
Нарушение циркадных ритмов с помощью ночного освещения передается по наследству
