Πανεπιστήμιο της Γενεύης Διαβήτης: Ανθρώπινα παγκρεατικά νησιδιακά κύτταρα με συμβιβασμένα ρολόγια φέρουν μειωμένη ρευστότητα λιπιδίων της μεμβράνης, σε σύγκριση με τα νησιδιακά κύτταρα με λειτουργικά ρολόγια © 2022. Όπως όλα τα έμβια όντα, οι ανθρώπινες φυσιολογικές διεργασίες επηρεάζονται από τους κιρκάδιους ρυθμούς. Η διαταραχή των εσωτερικών μας ρολογιών λόγω ενός ολοένα και πιο ανισόρροπου τρόπου ζωής συνδέεται άμεσα με την έκρηξη των περιπτώσεων διαβήτη τύπου 2.
Τώρα, μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Γενεύης (UNIGE) και τα Πανεπιστημιακά Νοσοκομεία της Γενεύης (HUG), στην Ελβετία, διαπίστωσε ότι η διαταραχή του διαταράσσει τον μεταβολισμό των λιπιδίων στα κύτταρα που εκκρίνουν τις ορμόνες οι οποίες ρυθμίζουν τη γλυκόζη.
Τα σφιγγολιπίδια και τα φωσφολιπίδια, λιπίδια που βρίσκονται στην κυτταρική μεμβράνη, φαίνεται να επηρεάζονται ιδιαίτερα.
Αυτή η αλλαγή στο προφίλ των λιπιδίων οδηγεί στη συνέχεια σε ακαμψία της μεμβράνης αυτών των κυττάρων.
Τα αποτελέσματα αυτά, που δημοσιεύονται στο περιοδικό PLOS Biology, παρέχουν περαιτέρω στοιχεία για τη σημασία των κιρκαδιανών ρυθμών στις μεταβολικές διαταραχές.
Τα λιπίδια έχουν ποικίλες κυτταρικές λειτουργίες.
Ως ένα από τα κύρια συστατικά των κυτταρικών μεμβρανών, εμπλέκονται στα μονοπάτια σηματοδότησης μέσω των οποίων τα κύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους και με το περιβάλλον τους. “Γνωρίζαμε εδώ και αρκετό καιρό ότι η διαταραχή των κιρκαδιανών ρολογιών συνδεόταν στενά με μεταβολικές ασθένειες, όπως ο διαβήτης τύπου 2, όπου ο οργανισμός δεν είναι πλέον σε θέση να ρυθμίζει αποτελεσματικά τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα”, εξηγεί η Charna Dibner, καθηγήτρια στα Τμήματα Χειρουργικής και Κυτταρικής Φυσιολογίας και Μεταβολισμού, καθώς και στο Κέντρο Διαβήτη της Ιατρικής Σχολής του UNIGE και του HUG, η οποία ηγήθηκε αυτής της έρευνας. “Είναι επίσης διαπιστωμένο ότι τα λιπίδια διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στις μεταβολικές διαταραχές.
Όμως, η επίδραση των κιρκαδιανών ρυθμών στις λειτουργίες των λιπιδίων παρέμενε άγνωστη”.
Ένα σύνθετο in vitro μοντέλο των ανθρώπινων μοριακών ρολογιών
Τα νησίδια του Langerhans είναι συστάδες διαφορετικών τύπων ενδοκρινών κυττάρων που βρίσκονται στο πάγκρεας και είναι κυρίως υπεύθυνα για την έκκριση ινσουλίνης και γλυκαγόνης, των ορμονών που ρυθμίζουν τη γλυκόζη του αίματος.
Για να κατανοήσουν πώς τα λιπίδια επηρεάζονται από τους κιρκάδιους ρυθμούς, οι επιστήμονες ανέλυσαν τα προφίλ ταλάντωσης περισσότερων από 1.000 λιπιδίων σε ανθρώπινα νησίδια από άτομα με διαβήτη τύπου 2 και από υγιή άτομα.
“Ο πειραματικός σχεδιασμός που χρησιμοποιήσαμε είναι ιδιαίτερα πολύπλοκος”, εξηγεί ο Volodymyr Petrenko, ερευνητής στο εργαστήριο της Charna Dibner και πρώτος συγγραφέας της μελέτης.
“Όταν μελετάμε έναν μυ, για παράδειγμα, μπορούμε να παίρνουμε μια βιοψία κάθε ώρα. Όταν όμως πρόκειται για εσωτερικά όργανα όπως η καρδιά, το συκώτι ή το πάγκρεας, όπως στην προκειμένη περίπτωση, αυτό είναι φυσικά αδύνατο.
Έπρεπε λοιπόν να αναπτύξουμε ένα μοντέλο διαταραγμένων μοριακών ρολογιών in vitro με ανθρώπινα νησίδια του παγκρέατος”.
Σε έναν ζωντανό οργανισμό, ένα κεντρικό ρολόι στον εγκέφαλο ενορχηστρώνει τα περιφερειακά ρολόγια στα κύτταρα όλων των οργάνων σύμφωνα με τα εξωτερικά ερεθίσματα.
Στο εργαστήριο, λοιπόν, οι επιστήμονες αντικατέστησαν τεχνητά αυτό το κεντρικό ρολόι για να επανασυγχρονίσουν τα κύτταρα.
“Στην πραγματικότητα, in vitro, κάθε κύτταρο διατηρεί τη δική του ρυθμικότητα αλλά χωρίς συνολικό συντονισμό. Ωστόσο, η εργασία μας αποσκοπεί ακριβώς στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι ρυθμοί, που σχηματίζονται σε έναν πολυκυτταρικό πληθυσμό και είναι απαραίτητοι για τη λειτουργία του ενδοκρινικού παγκρέατος ως οντότητα, ελέγχουν τον ενδοκυτταρικό μεταβολισμό των λιπιδίων”, προσθέτει ο Volodymyr Petrenko.
Η δυσκαμψία της μεμβράνης
Η σύγκριση νησιδίων από άτομα με διαβήτη τύπου 2 και από υγιείς ανθρώπους έδειξε ότι τα προφίλ των λιπιδίων ταλαντεύονται κατά τη διάρκεια της ημέρας πολύ περισσότερο από ό,τι πιστεύαμε μέχρι σήμερα.
“Και όχι μόνο τα λιπιδαιμικά προφίλ των νησιδίων σε διαβητικούς και μη διαβητικούς είναι διαφορετικά, αλλά και ο τρόπος με τον οποίο ταλαντώνονται κατά τη διάρκεια της ημέρας διαφέρει επίσης”.
Επιπλέον, οι επιστήμονες παρατήρησαν μια ιδιαίτερα μεγάλη αλλαγή στο χρονικό προφίλ των φωσφολιπιδίων και των σφιγγολιπιδίων, δύο κατηγοριών λιπιδίων που αποτελούν τα κύρια συστατικά της κυτταρικής μεμβράνης. “Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει μια σχέση μεταξύ αυτών των φωσφο- και σφιγγολιπιδίων και της απώλειας της ικανότητας παραγωγής ινσουλίνης που είναι χαρακτηριστική του διαβήτη τύπου 2”, εξηγεί η Charna Dibner.
“Η μελέτη μας κινείται προς την ίδια κατεύθυνση: παρατηρήσαμε ότι τα νησίδια με διαταραγμένο ρολόι είχαν συσσώρευση φωσφο- και σφιγγολιπιδίων που δυσκαμψούσαν τη μεμβράνη.
Αυτό μπορεί να επηρεάσει την ικανότητα του κυττάρου να ανιχνεύει περιβαλλοντικά σήματα και, επομένως, να εκκρίνει ινσουλίνη όταν χρειάζεται”. Επιπλέον, οι επιστήμονες κατάφεραν να αναπαράγουν το φαινόμενο με υγιή παγκρεατικά κύτταρα διαταράσσοντας τεχνητά τα κιρκαδιανά ρολόγια τους.
Οι μελέτες θα συνεχιστούν για να κατανοηθεί η ακριβής αιτία και ο μηχανισμός του φαινομένου.
Προώθηση αλλαγών στον τρόπο ζωής;
Η εργασία αυτή καθιερώνει για πρώτη φορά μια άμεση σχέση μεταξύ της διαταραχής του κιρκαδιανού ρολογιού και των λιπιδαιμικών αλλαγών που είναι χαρακτηριστικές για τους διαβητικούς. Αυτά τα δεδομένα της βασικής έρευνας θέτουν τα θεμέλια για την έρευνα με ασθενείς.
Η ερευνητική ομάδα της Charna Dibner διεξάγει επί του παρόντος δύο εφαρμοσμένες μελέτες: η πρώτη, σε συνεργασία με ειδικούς σε θέματα διατροφής στα Πανεπιστημιακά Νοσοκομεία της Γενεύης, διερευνά τα πιθανά οφέλη της διαλείπουσας νηστείας από την άποψη της εξατομικευμένης ιατρικής, λαμβάνοντας υπόψη το ακριβές κιρκάδιο προφίλ κάθε ατόμου.
Η δεύτερη, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο του Μάαστριχτ στις Κάτω Χώρες, αποσκοπεί στον επανασυγχρονισμό των ασθενών με τη βοήθεια ηλιακών λαμπτήρων.
Εξερευνήστε περαιτέρω
Θα μπορούσε η επαναφορά των εσωτερικών μας ρολογιών να βοηθήσει στον έλεγχο του διαβήτη;