Katsutaka Oishi

Grupul de cercetare a ceasului biologic, Institutul de cercetare biomedicală, Institutul Național de Științe și Tehnologii Industriale Avansate (AIST), Tsukuba, Ibaraki, Japonia

postul

Departamentul de Științe ale Genomului Medical, Școala Absolventă de Științe Frontiere, Universitatea din Tokyo, Kashiwa, Chiba, Japonia

Saori Yamamoto

Grupul de cercetare a ceasului biologic, Institutul de cercetare biomedicală, Institutul Național de Științe și Tehnologii Industriale Avansate (AIST), Tsukuba, Ibaraki, Japonia

Daisuke Uchida

Grupul de cercetare a ceasului biologic, Institutul de cercetare biomedicală, Institutul Național de Științe și Tehnologii Industriale Avansate (AIST), Tsukuba, Ibaraki, Japonia

Școala postuniversitară de științe ale vieții și mediului, Universitatea din Tsukuba, Tsukuba, Ibaraki, Japonia

Ryosuke Doi

Grupul de cercetare a ceasului biologic, Institutul de cercetare biomedicală, Institutul Național de Științe și Tehnologii Industriale Avansate (AIST), Tsukuba, Ibaraki, Japonia

Școala postuniversitară de științe ale vieții și mediului, Universitatea din Tsukuba, Tsukuba, Ibaraki, Japonia

Date asociate

Abstract

Proteina de legare a ARN-ului inductibil la rece (CIRBP) indusă de stresul rece modulează in vitro ceasul circadian molecular. Prezentul studiu examinează efectul unei diete ketogenice (KD) și a postului asupra expresiei Cirbp în ficatul șoarecelui. Administrarea cronică de KD a indus expresia Cirbp dependentă de timp cu hipotermie la șoareci. Expresia circadiană a genelor ceasului, cum ar fi Bmal1 și Clock, a fost avansată de fază și crescută în ficatul șoarecilor hrăniți cu KD. Deprivarea tranzitorie alimentară a indus, de asemenea, expresia Cirbp dependentă de timp cu hipotermie la șoareci. Aceste descoperiri sugerează că hipotermia este implicată în expresia crescută a Cirbp în condiții ketogene sau de post.

1. Introducere

Ceasul central care reglează cele mai multe ritmuri fiziologice și comportamentale la mamifere este situat în nucleul suprachiasmatic (SCN) al hipotalamusului din creier [1,2]. Sistemul de ceas circadian de mamifere constă dintr-un stimulator cardiac principal în SCN și oscilatoare periferice în majoritatea țesuturilor. Multe studii la nivel molecular au descoperit că oscilatoarele circadiene atât în ​​țesutul SCN, cât și în țesuturile periferice sunt conduse de bucle de feedback negativ care cuprind expresia periodică a genelor de ceas [1,2]. Oscilatoarele periferice sunt auto-susținute și celulare autonome, deoarece țesuturile periferice mențin expresia genei ceasului circadian chiar și in vitro [1,2]. Cu toate acestea, ceasurile periferice sunt antrenate către ceasul central din SCN de indicii de timp sistemice, cum ar fi semnale neuronale, umorale și alte, inclusiv temperatura corpului [1-3].

Proteina de legare a ARN inductibil la rece (CIRBP) a fost identificată ca o proteină care este indusă de stresul rece în celulele cultivate [4]. Nivelurile de expresie Cirbp fluctuează ritmic în ficatul șoarecelui independent de ceasul molecular, sugerând că modificările temperaturii corpului sunt implicate în expresia zilnică a Cirbp [3,5]. Morph și colab. [5] a demonstrat interacțiunea directă între CIRBP și transcripțiile care codifică proteinele de ceas circadian in vitro și au dezvăluit prin experimente de pierdere a funcției că CIRBP îmbunătățește amplitudinea expresiei genelor circadiene.

Dietele ketogenice (KD) cuprind un conținut ridicat de grăsimi, cu conținut scăzut de carbohidrați și proteine, și au fost utilizate ca o abordare a pierderii în greutate atât pentru persoanele obeze, cât și pentru cele neobeze. Astfel de diete imită condițiile metabolice ale postului sau ale restricției calorice și se bazează pe concepte teoretice ale efectelor raporturilor componentelor dietetice asupra cheltuielilor de energie [6]. Am demonstrat anterior că expresia genelor ceasului circadian este întreruptă în țesuturile periferice ale șoarecilor hipotermi hrăniți cu KD (șoareci KD) [7-9]. Am examinat profilurile de expresie temporală ale mARN-ului Cirbp la șoareci sub hrănire și post KD pentru a elucida mecanismul de reglare a expresiei CIRBP in vivo.

2. Materiale și metode

2.1. Animale

Șoarecii masculi ICR (Japan SLC Inc., Hamamatsu, Japonia) cu vârsta cuprinsă între 7 și 8 săptămâni au fost menținuți sub un ciclu de lumină - întuneric 12:12 h (luminile aprinse la 0:00 și luminile stinse la 12:00). O lampă fluorescentă albă servea drept sursă de lumină în timpul zilei.

În experimentul de hrănire KD, șoarecii au fost hrăniți ad libitum timp de două săptămâni cu o dietă normală (ND) (CE-2; Clea Japan Inc., Tokyo, Japonia) sau cu un KD (73,9% grăsimi, 8,3% proteine ​​și 0,73% carbohidrați, g/g; AIN-93G modificat; Oriental Yeast Co. Ltd., Tokyo, Japonia). Proporțiile de calorii derivate din grăsimi, carbohidrați și proteine ​​în ND și KD au fost de 12,6%, 58,3% și 29,3% și 94,8%, 0,1% și respectiv 4,8%. Șoarecii au fost apoi sacrificați la 2:00, 6:00, 10:00, 14:00, 18:00 și 22:00, iar țesuturile au fost disecate, congelate rapid și depozitate în azot lichid.

Șoarecii au fost sacrificați sub lipsă de alimente la 2:00, 8:00, 14:00 și 20:00 după un post peste noapte.

Toate îngrijirile, manipularea și experimentarea animalelor au avut loc sub aprobarea Comitetului instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor (permisiuni nr. 2010-020 și # 2012-020).

2.2. Monitorizarea temperaturii corpului central

Șoarecii au fost implantați chirurgical intra-abdominal cu data loggers (TempDisk TD-LAB, Labo Support Co. Ltd., Suite, Osaka, Japonia) care au fost programați să înregistreze Tb ± 0,1 ° C la fiecare 10 minute. Datele obținute de la fiecare logger au fost analizate folosind RhManager Ver.2.09 (KN Laboratories Inc., Ibaraki, Osaka, Japonia). Datele orare Tb au fost calculate în medie.

2.3. Transcriere inversă cantitativă (RT) -PCR

ARN-ul total a fost extras folosind ARNiso (Takara Bio Inc., Otsu, Japonia). ADNc monocatenar a fost sintetizat folosind kituri de reactivi PrimeScriptTM RT cu gDNA Eraser (Takara Bio Inc., Otsu, Japonia). RT-PCR în timp real a continuat folosind SYBR® Premix Ex TaqTM II (Takara Bio Inc., Otsu, Japonia) și un LightCyclerTM (Roche Diagnostics, Mannheim, Germania). Condițiile de reacție au fost de 95 ° C timp de 10 secunde urmate de 45 de cicluri de 95 ° C timp de 5 secunde, 57 ° C timp de 10 secunde și 72 ° C timp de 10 secunde. Tabelul suplimentar 1 prezintă secvențele perechilor de grund. Cantitatea de ARNm țintă a fost normalizată în raport cu cea a ARNr 18S.