Beyond circadian rhythms: emerging roles of ultradian rhythms in control of liver functions

Abstract

The mammalian liver must cope with various metabolic and physiological changes that normally recur every day and primarily stem from daily cycles of rest-activity and fasting-feeding. Although a large body of evidence supports the reciprocal regulation of circadian rhythms and liver function, the research on the hepatic ultradian rhythms have largely been lagging behind. However, with the advent of more cost-effective high-throughput omics technologies, highresolution time-lapse imaging, and more robust and powerful mathematical tools, several recent studies have shed new light on the presence and functions of hepatic ultradian rhythms. In this review, we will first very briefly discuss the basic principles of circadian rhythms, and then cover in greater details the recent literature related to ultradian rhythms. Specifically, we will highlight the prevalence and mechanisms of hepatic 12-h rhythms, and 8-h rhythms, which cycle at the second and third harmonics of circadian frequency. Finally, we also refer to ultradian rhythms with other frequencies and examine the limitations of the current approaches as well as the challenges related to identifying ultradian rhythm and addressing their molecular underpinnings.

Data integration and analysis for circadian medicine

“…77 However, rhythms with harmonic periods (6, 8, and 12 h) are also 24 h periodic patterns and are often overlooked. These possibly physiologically important 78 rhythms can be detected using a different cosinor formulation. 79 Two other methods circumvent some or most of these assumptions.…”

Circadian rhythms and the liver

“…intrinsic biological rhythmicity with a period shorter than 24 h, is considerably less explored than circadian rhythmicity and also beyond the scope of this review, it should be highlighted that evidence is emerging on the role of both 8‐ and 12‐h rhythms—which cycle at the second and third harmonics of circadian frequency—in controlling liver function (for a review, please refer to Ref. [41]).…”

Вплив Зміни Режиму Освітлення На Морфофункціональну Активність Епіфізу Та Функціональний Стан Організму

“…Саме перетворення серотоніну в мелатонін і секреція останнього у внутрішнє середовище організму є гуморальним сигналом про настання темнового періоду доби [32]. Відомо що активність ферментів, які беруть участь у перетворенні серотоніну в мелатонін, пригнічується освітленням, тому рівень у крові останнього макси-мальний вночі, а в ранкові і денні години -мінімальний [3,42,53]. Від рівня мела-тоніну у крові та тривалості його нічної секреції залежить характер відповіді органів і тканин до яких він надходить.…”

“…Не проявляється ієрархічний принцип функціонування мелатонін-продукуючої системи [9,37]. Саме з періодом штучного подовження тривалості світлової доби пов'язана поява «хвороб цивілізації», до яких і належать поліендокринопатії (цукровий діабет, метаболічний синдром, патологія статевих та щитовидної залоз) [3,8,21,55,70]. Причинно-наслідкові зв'язки, ймовірно, теж існують між порушенням природного світлового режиму і виникненням тиреоїдної патології та захворюваннями статевих залоз невизначеного ґенезу (ідиопатичні форми).…”

“…Численними дослідженнями доведено, що мелатонін контролює біоелектричну активність мозку, впливаючи на розвиток епілептичних нападів [66]. Припускають, що момент статевого дозрівання α-ритмів, який співпадає з періодом статевого дозрівання людини, залежить від нейроендокринних впливів, які встановлюють психостатеву зрілість [3,21,55,70]. Епіфіз регулює рівень цієї зрілості та загальне формування мозку.…”