Circadian Rhythm: reseting the clock on obesity

Abstract

Circadian rhythm is a conserved intrinsic feature of most life forms. It’s characterized by cycles of approximately 24 hours and it is entrainable by external environmental cues. The core clock is located in the SCN and activated by light. The other clocks are distributed throughout the body in the main organs and respond to external daily patterns, such as feeding. This system works as a transcription-translation feedback loop involving the clock genes. A wide range of metabolic genes are dependent on circadian control, which shows the close link between this molecular system and organic homeostasis. Several aspects are known to disrupt this molecular machinery, such as shift work, social jet-lag, feeding regimens and even individual genetic variants. In fact, the disruption of the circadian clock is one of the major risk factor for obesity development, and obesity per se is characterized by circadian misalignment. Therapeutic approaches for obesity are often ineffective, and the failure in resetting the circadian system might be the reason for these failures. How obesity and circadian rhythm correlate to the molecular clocks in blood and saliva might give suggestions to find new targets for diagnosis and treatment of obesity. For this purpose, we implemented a robust method for RNA extraction in saliva, and used samples from volunteer individuals, blood and saliva, to access gene expression in both fluids. Overall, we concluded that saliva can be used successfully to assess circadian genes expression. Furthermore, saliva can reflect changes observed in the blood and it’s sensitive to the impact of body weight on the circadian clock. These results show that saliva sampling could be used for circadian rhythm studies and could partly replace invasive approaches such as successive blood withdraws. Furthermore, saliva sampling could be very useful in finding a potential biomarker that could be determinant in patient diagnosis and treatment.

O ritmo circadiano é uma propriedade intrínseca comum à maioria dos seres vivos. Funciona em ciclos de aproximadamente 24 horas e é ativado por fatores ambientais externos. O relógio central localiza-se no núcleo supraquiasmático e é ativado pela luz. Os outros relógios estão distribuídos pelos principais órgãos do corpo e respondem a padrões diários externos, como é o caso da alimentação. Ao nível molecular, traduz-se num sistema de feedback loop de transcrição-tradução envolvendo os genes relógio. Uma variedade de genes metabólicos está dependente do controlo circadiano, o que traduz a ligação entre este sistema e a homeostase global do organismo. Esta maquinaria molecular pode ser desregulada por vários fatores, como é o caso do trabalho por turnos, o jet-lag social, os regimes alimentares e até por influência genética. De facto, a desregulação circadiana é um dos maiores fatores de risco para o desenvolvimento da obesidade, por seu lado, a obesidade é caracterizada por disfunção circadiana. As terapias para obesidade são por vezes ineficazes, e não conseguir reajustar o sistema circadiano pode ser o motivo do insucesso. Descobrir como a obesidade e o ritmo circadiano se correlacionam ao nível molecular no sangue e na saliva, pode proporcionar a descoberta de novo alvos para o diagnóstico e tratamento da obesidade.Com este objetivo, implementamos um robusto método de extração de RNA na saliva, e utilizamos amostras de indivíduos voluntários, sangue e saliva, para aceder à expressão genica dos genes relógio. Em geral, concluímos que a saliva é uma boa forma de estudar os genes circadianos. E ainda, que a saliva pode funcionar como espelho das alterações observadas no sangue e é sensível ao impacto do peso corporal no relógio circadiano. Estes resultados provam que amostras de saliva podem ser usadas para estudos do ritmo circadiano e em parte substituir métodos invasivos como é o caso de punções venosas sucessivas. Além disso, amostras de saliva podem ser úteis na descoberta de biomarcadores capazes de desempenhar um papel importante no diagnóstico e tratamento de doentes.