Studi menjelaskan mengapa asma, serangan jantung, dan kondisi lainnya sering terjadi di pagi hari

Para peneliti di laboratorium Profesor Gad Asher di Weizmann Institute of Science telah membuat penemuan besar: komponen utama ritme sirkadian, protein yang disebut BMAL1, mengatur respons tubuh terhadap kekurangan oksigen. Temuan tersebut, yang dipublikasikan dalam Cell Metabolism, membantu menjelaskan mengapa banyak kondisi kekurangan oksigen bergantung pada waktu.

Peran ritme sirkadian dan kekurangan oksigen

Ritme sirkadian adalah mekanisme molekuler internal selama 24 jam yang mengatur proses di setiap sel tubuh. Protein BMAL1, yang dikenal sebagai "jam" sel, berinteraksi dengan protein kunci lainnya, HIF-1α, yang diaktifkan saat oksigen tidak tersedia.

• HIF-1α: Pada kadar oksigen normal, protein ini cepat hancur. Namun, pada kekurangannya, HIF-1α menstabilkan, mengakumulasi, dan mengaktifkan gen yang membantu beradaptasi dengan hipoksia.
• BMAL1: Penelitian telah menunjukkan bahwa protein sirkadian ini tidak hanya meningkatkan fungsi HIF-1α, tetapi juga memainkan peran independen dalam respons tubuh terhadap kekurangan oksigen.

Percobaan dengan tikus

Untuk mempelajari hubungan antara ritme sirkadian dan respons terhadap hipoksia, para peneliti menciptakan tiga kelompok tikus yang dimodifikasi secara genetik:

1. HIF-1α tidak diproduksi di jaringan hati.
2. Tidak menghasilkan BMAL1.
3. Kedua protein tidak diproduksi.

Hasil:

• Ketika kadar oksigen turun, tidak adanya BMAL1 mencegah akumulasi HIF-1α, yang mengganggu respons genetik terhadap hipoksia.
• Tikus yang kekurangan kedua protein tersebut memiliki tingkat kelangsungan hidup yang rendah tergantung pada waktu di siang hari, sedangkan tingkat kematian sangat tinggi pada malam hari.

Kesimpulan: BMAL1 dan HIF-1α memainkan peran penting dalam melindungi tubuh dari hipoksia, dan ritme sirkadian berhubungan langsung dengan respons tubuh terhadap kekurangan oksigen.

Patologi hati dan hubungannya dengan paru-paru

Pada tikus yang tidak memiliki kedua protein tersebut di hatinya, para peneliti menemukan kadar oksigen darah rendah bahkan sebelum terpapar hipoksia, sehingga menimbulkan kecurigaan bahwa kematian tersebut terkait dengan gangguan fungsi paru-paru.

• Tikus-tikus ini mengembangkan sindrom hepatopulmoner, suatu kondisi di mana pembuluh darah di paru-paru melebar, meningkatkan aliran darah tetapi mengurangi efisiensi penyerapan oksigen.
• Analisis menunjukkan peningkatan produksi oksida nitrat di paru-paru, yang meningkatkan vasodilatasi (pelebaran pembuluh darah).

Pentingnya Penelitian

1. Kronobiologi penyakit: Temuan menjelaskan mengapa pasien dengan hipoksia atau penyakit seperti asma atau serangan jantung menjadi lebih buruk pada waktu-waktu tertentu dalam sehari.
2. Model penyakit: Tikus yang kekurangan HIF-1α dan BMAL1 telah menjadi model genetik pertama yang mempelajari sindrom hepatopulmoner, membuka jalan baru untuk pengobatan.
3. Prospek pengobatan: Studi ini menunjukkan bahwa obat yang ditargetkan yang mengatur protein yang terlibat dalam komunikasi hati-paru dapat menjadi pilihan pengobatan baru.

"Kami baru mulai memahami mekanisme kompleks yang menghubungkan ritme sirkadian, hipoksia, dan interaksi antar organ," kata Profesor Asher. "Penemuan ini dapat menghasilkan pengobatan baru untuk penyakit yang terkait dengan kekurangan oksigen."