研究表明生物钟有助于细胞在饥饿期间恢复

根据今天发表在eLife上的一项研究，具有功能分子钟的细胞能够更好地适应葡萄糖供应的变化，并且可以更快地从长期饥饿中恢复过来。

这一发现有助于解释为什么身体昼夜节律的变化——例如夜班工作和时差反应——会增加患糖尿病等代谢性疾病的风险。

生物钟与新陈代谢密切相关：一方面，生物钟有节奏地调节许多代谢途径，另一方面，营养物质和代谢信号影响生物钟的功能。这是通过微调的反馈回路实现的，其中时钟的一些正分量激活其他分量，然后这些负反馈原始激活分量。

“由于葡萄糖会影响如此多的信号通路，因此人们认为葡萄糖缺乏可能会挑战生物钟中的反馈回路并阻碍其维持恒定节律的能力，”主要作者、博士AnitaSzöke解释道。匈牙利布达佩斯塞梅维斯大学生理学系学生。“我们想探索慢性葡萄糖剥夺如何影响分子钟，以及分子钟在适应饥饿中的作用。”

以真菌粗糙脉孢菌为模型，该团队首先研究了40小时的葡萄糖饥饿如何影响称为白领复合体(WCC)的两个核心时钟组件，由两个亚基WC-1和2以及频率(FRQ)组成。他们发现WC1和2的水平逐渐下降到饥饿前初始水平的15%和20%左右，而FRQ水平保持不变，但由于添加了许多磷酸基团(称为过度磷酸化的过程)而发生了变化。

通常，过度磷酸化会阻止FRQ抑制WCC活性——因此作者推测更高的活性可能会加速WCC的降解。当他们观察WCC的下游作用时，饥饿细胞和仍在葡萄糖中生长的细胞之间几乎没有区别。总之，这表明生物钟在葡萄糖饥饿期间仍在稳健地运作并驱动细胞基因的节律表达。

为了进一步了解分子钟在适应葡萄糖剥夺方面的重要性，该团队使用了一种缺乏WCCWC-1结构域的脉孢菌菌株。然后，他们将葡萄糖饥饿后的基因表达水平与含有完整分子钟的脉孢菌进行了比较。

他们发现长期葡萄糖饥饿影响了超过20%的编码基因，并且这9,758个编码基因中的1,377个(13%)显示出菌株特异性变化，具体取决于细胞是否具有分子钟。这意味着时钟是细胞对缺乏葡萄糖做出反应的重要机制。

接下来，该团队研究了功能时钟是否对细胞在葡萄糖饥饿后恢复很重要。他们发现，当添加葡萄糖时，缺乏功能性FRQ或WCC的脉孢菌细胞的生长明显慢于正常细胞，这意味着功能性时钟支持细胞的再生。

此外，当他们研究脉孢菌中使用的葡萄糖转运系统时，他们发现缺乏功能时钟的细胞无法调高关键葡萄糖转运蛋白的产生，从而将更多营养物质带入细胞。

“具有和不具有功能性分子钟的真菌菌株的恢复行为之间的显着差异表明，当生物钟在细胞中运行时，适应不断变化的营养可用性会更有效，”Semmelweis大学副教授、资深作者KrisztinaKáldi总结道。“这表明时钟组件对平衡细胞内的能量状态有重大影响，并突出了时钟在调节新陈代谢和健康方面的重要性。”