Molecular mechanisms of circadian clock entrainment by daily regime in food intake

Abstract

Cirkadiánní hodiny jsou vnitřním časoměrným systémem přítomným u většiny organismů, jenž synchronizuje fyziologické a behaviorální procesy s periodicky se měnícími vnějšími podmínkami. Skládají se z centrálních hodin v suprachiasmatických jádrech hypothalamu a řady dalších hodin v periferních tkáních. Jejich molekulární podstatu tvoří hodinové geny, které jsou rytmicky exprimovány, jsou součástí série transkripčně-translačních zpětnovazebných smyček a ovlivňují expresi různých jiných genů s funkcemi v metabolických drahách. Periferní hodiny jsou závislé na centrálních hodinách, ovšem mohou být synchronizovány nezávisle na nich vnějšími podněty, jako je načasování příjmu potravy a složení stravy. Tato desynchronizace vede k narušení oscilace hodinových genů, které může mít vážný dopad na metabolické procesy a může zvyšovat riziko metabolické poruchy. Cílem této práce je shrnout dosavadní výzkum zabývající se vztahem molekulární chronobiologie a výživy se zaměřením na molekulární mechanismy, skrze které může potrava, zejména načasování jejího příjmu a její složení, ovlivnit vzájemnou komunikaci mezi expresí hodinových genů a buněčným metabolismem. Práce též vyzdvihuje možný dopad narušení cirkadiánních hodin na riziko vzniku metabolického onemocnění.

Circadian clocks form an endogenous time-keeping system present in most organisms, synchronizing physiological and behavioural processes with perodically changing environmental conditions. The system comprises of the master clock in the suprachiasmatic nuclei of the hypothalamus and numerous subsidiary clocks in peripheral tissues. Its molecular design is constituted by the clock genes, which are rhythmically expressed, form a series of transcriptional/translational feedback loops and influence the expression of various other genes involved in metabolic pathways. The peripheral clocks are dependent on the master clock, although they can be entrained with external cues like food intake timing and diet composition. This desynchronization leads to the distruption of clock gene oscillation, which can potentially have serious impact on metabolic processes and increase the risk of metabolic disorders. The aim of this thesis is to summarize current knowledge on the relationship of molecular chronobiology and nutrition with a focus on the molecular mechanisms through which can food, especially its intake timing and composition, influence the crosstalk between clock gene expression and cellular metabolism. The thesis also emphasises the potential effect of circadian clock disruption on the risk of metabolic...