PNAS：昼夜节律影响肝脏中代谢产物
2012-03-23 MedSci MedSci原创
通过分析肝脏中数百种代谢产物，加州大学欧文分校的表观遗传学与代谢中心研究人员已经发现昼夜节律即我们自己的身体时钟，能极大地控制我们机体的关键构件如氨基酸、碳水化合物和血脂等的产生。 他们确定了600多种肝脏来源的代谢产物，这些产物是由代谢所产生的化学物质，对维持和促进细胞的健康和成长很重要。这些代谢物中约60％被认为是内源性生物钟依赖性的，以往认为只有约15％由生物钟调控。 24小时的昼夜节律
通过分析肝脏中数百种代谢产物，加州大学欧文分校的表观遗传学与代谢中心研究人员已经发现昼夜节律即我们自己的身体时钟，能极大地控制我们机体的关键构件如氨基酸、碳水化合物和血脂等的产生。
他们确定了600多种肝脏来源的代谢产物，这些产物是由代谢所产生的化学物质，对维持和促进细胞的健康和成长很重要。这些代谢物中约60％被认为是内源性生物钟依赖性的，以往认为只有约15％由生物钟调控。
24小时的昼夜节律调节着几乎所有生物体的基本生物和生理过程。昼夜节律能预期的环境变化并且能调节机体某些机能适应环境变化。昼夜节律周期的中断可能会严重影响人体的健康。
该项研究的主要领导者——表观遗传学及代谢研究中心主任Paolo Sassone-Corsi，也是世界上研究昼夜节律最杰出的研究人员之一说：肝脏代谢物的研究揭示了人体生物钟通过主要的生物钟基因是如何调控代谢产物和信号蛋白之间的相互作用的。
他说：代谢和信号转导蛋白之间的关系就像乐团中弦乐跟管乐两者之间需要完美的协调，我们已经发现生物钟在这两者之间的作用发挥关键性作用。
由于外部因素如白天-夜间照明模式和营养物质会影响昼夜机械、代谢以及细胞内代谢和信号转导蛋白两者之间的关系，两者之间的关系对昼夜中断很敏感。Sassone-Corsi补充道：这可能有助于解释一些潜在的肥胖、高胆固醇等代谢疾病如糖尿病的早期生理因素。
他说：这种相互作用对于人类疾病和老化的影响非常深远，它可合适健康的新陈代谢也很重要。研究结果发表在本周的PNAS杂志上。
文章的共同作者、UCI的博士后研究人员Kristin Eckel-Mahan补充说：通过确定代谢物和人体生物钟之间的关系，我们能更加了解营养成分如何与我们的新陈代谢互动，使得研究人员确定我们从食物和治疗药物中能获得最大好处的最佳时间。
与Metabolon公司合作，Sassone-Corsi和Eckel-Mahan创建了第一个肝脏代谢组-全套代谢产物。有了这个信息，他们与UCI的基因组学和生物信息学研究所所长Pierre Baldi以及Pierre Baldi的研究生Vishal Patel Vishal共同分析数据，并且建立了CircadiOmics，一个基于Web的数据系统网站，能提供肝脏中代谢物及相关基因的详细概况。
Chancellor的计算机学科的Baldi教授说：在CircadiOmics网站里，我们都能够将这个昼夜代谢物的数据与多个其它数据源整合起来一起研究，CircadiOmics正准备将代谢有关的其它组织和身体状况也包括进去，以便让我们进一步理解健康和疾病状态下代谢和生理节律之间的相互作用。
该项研究由北卡罗来纳州达勒姆Metabolon的Robert Mohney和Katie Vignola共同完成，并获得国家卫生部和国家科学基金会资助。
Kristin L. Eckel-Mahan, Vishal R. Patel, Robert P. Mohney, Katie S. Vignola, Pierre Baldi, and Paolo Sassone-Corsi
The circadian clock governs a large array of physiological functions through the transcriptional control of a significant fraction of the genome. Disruption of the clock leads to metabolic disorders, including obesity and diabetes. As food is a potent zeitgeber (ZT) for peripheral clocks, metabolites are implicated as cellular transducers of circadian time for tissues such as the liver. From a comprehensive dataset of over 500 metabolites identified by mass spectrometry, we reveal the coordinate clock-controlled oscillation of many metabolites, including those within the amino acid and carbohydrate metabolic pathways as well as the lipid, nucleotide, and xenobiotic metabolic pathways. Using computational modeling, we present evidence of synergistic nodes between the circadian transcriptome and specific metabolic pathways. Validation of these nodes reveals that diverse metabolic pathways, including the uracil salvage pathway, oscillate in a circadian fashion and in a CLOCK-dependent manner. This integrated map illustrates the coherence within the circadian metabolome, transcriptome, and proteome and how these are connected through specific nodes that operate in concert to achieve metabolic homeostasis.
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