Kost, kroppsklocka, hormoner och ämnesomsättning: Vad är länken?
Med hjälp av möss har forskare avslöjat för första gången hur stresshormoner kontrollerar fett- och sockernivån under en 24-timmarscykel. Dessutom har de visat att en diet med hög kalori kan förändra tidskänsligheten hos metaboliska cykler.
Den nya studien, ledd av forskare från Helmholtz Zentrum München och det tyska centrumet för diabetesforskning (DZD), också i München, Tyskland, hjälper till att förklara den rytmiska karaktären hos stresshormoner, vars nivåer ökar innan de vaknar och matas och avtar under sömnen och fasta.
Resultaten klargör också hur denna hormonella cykel kopplas till den dagliga rutinen som levern följer vid lagring och frisättning av socker och fett.
En ny Molekylär cell papper beskriver hur forskarna gjorde dessa upptäckter genom att undersöka glukokortikoidaktivitet i lever hos möss.
Eftersom glukokortikoidreceptorn också är målet för antiinflammatoriska syntetiska steroider, tyder resultaten på att glukokortikoidläkemedel kan ha olika effekter på människor med och utan fetma.
Stresshormoner toppar och avtar
Binjurarna frisätter glukokortikoidhormoner på morgonen under kontroll av klockrelaterade signaler från hjärnan.
Den biologiska klockan som finns i varje cell i kroppen hjälper till att reglera den dagliga tidpunkten för hormonfrisättning. Solljus och livsstilsfaktorer hjälper till att hålla den biologiska klockan synkroniserad.
Körtlarna släpper också ut hormonerna som svar på stress, varför de också kallas stresshormoner.
Stresshormonerna når sin topp innan de vaknar och hjälper kroppen att förbereda sig för dagens aktiviteter genom att få energi från ökade nivåer av fetter och socker.
Störning av biologiska klockor - till exempel från arbetsskift eller genom jetlag - kan dock störa ämnesomsättningen och bidra till relaterade störningar, såsom typ 2-diabetes, fetma och fettlever.
Glukokortikoidläkemedel och ett tillstånd som kallas Cushings syndrom, som båda höjer glukokortikoidnivåerna, kan ha samma effekt.
Studien fokuserade på glukokortikoidreceptorer
Den nya studien syftade till att förstå sambandet mellan de dagliga stresshormonstegningarna, den biologiska klockan och metaboliska cykler genom att fokusera på glukokortikoidreceptorer.
Glukokortikoider reglerar många molekylära processer i funktioner som sträcker sig från ämnesomsättning och immunitet till bentillväxt och kognition.
Nästan alla celler i kroppen har receptorer för dessa hormoner. Utan den matchande receptorn kan hormonet inte komma in i cellen och påverka den.
För den nya studien undersökte teamet den metaboliska aktiviteten av glukokortikoider i lever hos möss genom att bedöma egenskaperna hos deras matchande receptor.
De använde en rad avancerade tekniker för att kartlägga vad som hände med glukokortikoidreceptorer i muslever var fjärde timme under en 24-timmarscykel. De använde två grupper av möss: en grupp hade en normal diet och den andra gruppen fick en diet med hög fetthalt.
Teamet undersökte också i detalj vad som hände med mössens 24-timmars levermetabolism som ett resultat av dagliga stigningar i glukokortikoidutsöndring.
Metoderna som de använde gjorde det möjligt för dem att visa att effekterna av glukokortikoider var olika när djuren fastade under sömnen och medan de matade när de var vakna och aktiva.
Stresshormoner reglerar dygnsgener
Forskarna fann att glukokortikoidreceptorn utövade dessa effekter genom tidskänslig bindning till levercellernas genom.
Dessutom verkar det som att receptorn, och därmed associerade stresshormoner, hjälper till att reglera nästan alla dygnsgener.
"Att framhäva den dominerande rollen [glukokortikoidreceptorn] spelar för att synkronisera cirkadianamplituder", skriver författarna, "vi finner att majoriteten av oscillerande gener är bundna av [glukokortikoidreceptorn].
Forskarna visade att leveren hos möss som saknade receptorn inte kontrollerade fett- och sockernivån enligt dag och natt.
Teamet föreslår att resultaten avslöjar hur levern kontrollerar nivåerna av socker och fett i blodet annorlunda under dagen jämfört med natten.
En ytterligare uppsättning experiment avslöjade också att normalvikt och överviktiga möss svarade annorlunda på ett glukokortikoidläkemedel.
Teamet tror att studien är den första som visar att diet kan förändra effekten av hormoner och läkemedel på metaboliska vävnader.
Forskarna föreslår att deras resultat kommer att hjälpa till att informera det framväxande området kronomedicin, vilket betonar den biologiska klockans roll i hälsa och sjukdom.
"Vi kan beskriva en ny koppling mellan livsstil, hormoner och fysiologi på molekylär nivå, vilket tyder på att överviktiga personer kan svara annorlunda på daglig hormonsekretion eller på glukokortikoidmedicin", säger seniorstudieförfattare Nina Henriette Uhlenhaut, professor vid Helmholtz Zentrum München. .
"Att förstå hur glukokortikoider kontrollerar 24-timmars cykler av genaktivitet i levern och därmed blodnivåer av socker och fett ger ny insikt i kronomedicin och utvecklingen av metabolisk sjukdom."
Prof. Nina Henriette Uhlenhaut
