Nimic în biologie nu este static, procesele biologice fluctuând în timp, iar dacă dorim să realizăm o imagine exactă a celulelor, țesuturilor, organelor etc., trebuie să ținem cont de tiparele lor temporale. De fapt, acest efort a dat naștere unui întreg câmp de studiu cunoscut sub numele de „cronobiologie”.

Ficatul este un exemplu. Tot ceea ce mâncăm sau bem este procesat acolo pentru a separa nutrienții de deșeuri și pentru a regla echilibrul metabolic al organismului. De fapt, ficatul în ansamblu este reglementat în mare măsură de timp, iar acest pattern este orchestrat de așa-numitul ritm circadian, metronomul intern al corpului nostru, precum și de semnale biochimice și ritmuri alimentare.

Dar ficatul este de fapt împărțit în mici unități repetate numite lobuli, în care zone distincte îndeplinesc funcții diferite. Această complexă organizare spațială este cunoscută sub numele de „zonare hepatică”. De exemplu, descompunerea zaharurilor în timpul digestiei are loc preferențial pe o parte a lobulului, așa-numita zonă centrală, în timp ce producția de glucoză cât timp ne odihnim, precum grăsimea, are loc pe cealaltă parte a ficatului.

Până în prezent, zonarea ficatului a fost studiată numai static, analizând ceea ce face fiecare zonă independent de timp și invers. Și având în vedere cât de central este ficatul în fiziologia mamiferelor, cele două abordări de cercetare trebuie să unească eforturile pentru a înțelege modul în care interacționează programele hepatice temporale și spațiale.

Într-un prim studiu realizat vreodată, oamenii de știință de la EPFL (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Elveția) și Institutul de Științe Weizmann, conduși de profesorii Felix Naef de la Școala de Științe ale Vieții EPFL și Shalev Itzkovitz de la Weizmann, au reușit să monitorizeze schimbările spațiale ale expresiei genice în lobulii hepatici în relație cu ritmul circadian. Studierea acestei legături este un punct central al cercetării lui Naef, care a descoperit anterior conexiuni între ritmul circadian și proteinele ficatului, ciclurile noastre celulare și chiar structura 3-D a cromatinei, ADN-ul strâns ambalat în nucleul celular.

Prin exploatarea capacității de a analiza țesutul hepatic în fiecare celulă individuală, cercetătorii au studiat aproximativ 5000 de gene în celulele hepatice la mai multe puncte de timp pe parcursul zilei de 24 de ore. Apoi au clasificat statistic modelele spațiu-timp pe care le-au descoperit cu un model care poate surprinde atât variații spațiale cât și temporale ale nivelurilor de ARN mesager (ARNm), un marker al expresiei genelor.

Studiul a arătat că multe dintre genele ficatului par a fi atât zonate, cât și ritmice, ceea ce înseamnă că sunt reglementate atât de localizarea lor în ficat, cât și de momentul zilei. Aceste gene reglate dual sunt în mare parte legate de funcțiile cheie ale ficatului, de ex. metabolismul lipidelor, carbohidraților și aminoacizilor, dar includ și câteva gene care nu au fost niciodată asociate cu metabolismul, de ex. gene legate de proteinele chaperone, care ajută alte biomolecule să-și schimbe structura 3-D sau chiar să asambleze și să dezasambleze.

„Lucrarea relevă o bogăție a dinamicii de exprimare a genei spațiu-timp a ficatului și arată modul în care compartimentarea funcției hepatice atât în spațiu cât și în timp este semnul distinctiv al activității metabolice în ficatul mamiferelor”, spune Felix Naef.

Studiul a fost publicat în Nature Metabolism.

 

Sursă articol: www.medicalxpress.com