腸内細菌叢が概日時計と食事組成と相互作用し、腸内代謝物の周期性を調節する

Core Concepts

腸内細菌叢は宿主の代謝恒常性と健康維持に重要な役割を果たしている。ほとんどの代謝プロセスは24時間のリズムを示すが、食事組成の変化などの条件下で、腸内細菌叢がどのように代謝物の周期性に影響するかは明らかではない。

Abstract

本研究では、ショウジョウバエの腸内代謝物の高時間分解能プロファイリングを利用して、腸内細菌叢の役割を調査した。
腸内細菌叢は、転写リズムを抑制することが以前示されていたが、本研究では代謝物のリズムを増加させることが明らかになった。興味深いことに、時間制限給餌(TF)条件では、腸内細菌叢の欠失による影響が減少した。逆に、TFによるリズムの促進は、腸内細菌叢を含む個体では減少した。これは、TFが腸内細菌叢の欠如を一部補償することを示唆している。
概日時計変異体では、腸内細菌叢の欠失により一部の代謝物クラスのリズムが増加したが、全てのリズムの位相が大きく変化した。これは、宿主の概日時計が腸内細菌叢の影響を調節し、微生物の変化に対してリズムの位相を維持することを示唆している。
最後に、高タンパク質食は腸内細菌叢依存的な代謝物リズムを増加させるが、高糖質食はそのリズムを抑制し、位相を変化させた。アミノ酸代謝が、腸内細菌叢、概日時計、時間制限給餌の影響を最も受けることが明らかになった。
以上の観察結果は、腸内細菌叢が宿主の代謝物リズムに重要な役割を果たすことを示しており、内部および外部要因との複雑な相互作用を明らかにした。

Stats

腸内細菌叢を含む個体では、腸内細菌叢を含まない個体と比べて、代謝物リズムを示す代謝物の割合が高い。
時間制限給餌条件では、腸内細菌叢の有無に関わらず、代謝物リズムを示す代謝物の割合が増加する。
概日時計変異体では、腸内細菌叢の欠失により、一部の代謝物クラスのリズムが増加するが、全ての代謝物の位相が大きく変化する。
高タンパク質食は腸内細菌叢依存的な代謝物リズムを増加させるが、高糖質食はそのリズムを抑制し、位相を変化させる。

Quotes

「腸内細菌叢は宿主の代謝恒常性と健康維持に重要な役割を果たしている。」
「ほとんどの代謝プロセスは24時間のリズムを示すが、食事組成の変化などの条件下で、腸内細菌叢がどのように代謝物の周期性に影響するかは明らかではない。」
「時間制限給餌が腸内細菌叢の欠如を一部補償することを示唆している。」
「宿主の概日時計が腸内細菌叢の影響を調節し、微生物の変化に対してリズムの位相を維持することを示唆している。」
「アミノ酸代謝が、腸内細菌叢、概日時計、時間制限給餌の影響を最も受けることが明らかになった。」

Key Insights Distilled From

The microbiome interacts with the circadian clock and dietary composition to regulate metabolite cycling in the gut

by Zhang,Y., Li... at www.biorxiv.org 02-29-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.29.582770v1

Deeper Inquiries

腸内細菌叢と宿主の概日時計の相互作用がどのように代謝物リズムの位相を決定するのか、さらに詳しく調べる必要がある。

腸内細菌叢と宿主の概日時計の相互作用が代謝物リズムの位相に与える影響を理解するためには、さらなる詳細な研究が必要です。現在の研究からわかるように、腸内細菌叢は代謝物のリズムを増加させる一方で、概日時計が位相を安定させる役割を果たしています。例えば、時差食は代謝物のリズムを増加させる一方で、腸内細菌叢が及ぼす影響を軽減します。また、時計変異体の場合、腸内細菌叢の影響により代謝物のリズムが減少し、位相が大きく変化します。これらの結果から、腸内細菌叢と概日時計の相互作用が代謝物リズムの位相に与える影響は複雑であり、さらなる研究が必要です。

質問2

高糖質食が腸内細菌叢依存的な代謝物リズムを抑制する機序は何か。
高糖質食が腸内細菌叢依存的な代謝物リズムを抑制する機序は、腸内細菌叢との相互作用によるものと考えられます。研究結果からわかるように、高糖質食を摂取すると、腸内細菌叢が代謝物リズムの数を減少させ、位相を大きく変化させる傾向が見られます。特に、高糖質食を摂取した場合、腸内細菌叢が代謝物リズムを抑制し、位相を変化させることが示唆されています。この現象は、高糖質食が腸内細菌叢の機能を変化させ、代謝物リズムに影響を与える可能性があることを示しています。したがって、高糖質食が腸内細菌叢依存的な代謝物リズムを抑制する機序は、腸内細菌叢との相互作用によるものと考えられます。

質問3

腸内細菌叢が宿主の代謝物リズムに及ぼす影響は、他の生理学的プロセスにどのように関連しているか。
腸内細菌叢が宿主の代謝物リズムに及ぼす影響は、他の生理学的プロセスと密接に関連しています。例えば、腸内細菌叢は宿主の栄養状態、免疫機能、神経発達などに重要な役割を果たしています。代謝物リズムの変化は、これらの生理学的プロセスに直接影響を与える可能性があります。特に、腸内細菌叢が代謝物リズムを増加させることで、宿主の栄養ホメオスタシスや代謝活動を調節し、健康維持に寄与すると考えられます。また、腸内細菌叢が他の生理学的プロセスに及ぼす影響との相互作用により、宿主の全体的な代謝バランスが維持されると考えられます。したがって、腸内細菌叢が宿主の代謝物リズムに及ぼす影響は、宿主の健康と生理学的機能に密接に関連しています。