In mammals, endogenous circadian clocks sense and respond to daily feeding and lighting cues, adjusting internal ∼24 h rhythms to resonate with, and anticipate, external cycles of day and night. The mechanism underlying circadian entrainment to feeding time is critical for understanding why mistimed feeding, as occurs during shift work, disrupts circadian physiology, a state that is associated with increased incidence of chronic diseases such as type 2 (T2) diabetes. We show that feeding-regulated hormones insulin and insulin-like growth factor 1 (IGF-1) reset circadian clocks in vivo and in vitro by induction of PERIOD proteins, and mistimed insulin signaling disrupts circadian organization of mouse behavior and clock gene expression. Insulin and IGF-1 receptor signaling is sufficient to determine essential circadian parameters, principally via increased PERIOD protein synthesis. This requires coincident mechanistic target of rapamycin (mTOR) activation, increased phosphoinositide signaling, and microRNA downregulation. Besides its well-known homeostatic functions, we propose insulin and IGF-1 are primary signals of feeding time to cellular clocks throughout the body.

Abstract Between 6-20% of the cellular proteome is under circadian control to tune cell function with cycles of environmental change. For cell viability, and to maintain volume within narrow limits, the osmotic pressure exerted by changes in the soluble proteome must be compensated. The mechanisms and consequences underlying compensation are not known. Here, we show in cultured mammalian cells and in vivo that compensation requires electroneutral active transport of Na + , K + , and Cl − through differential activity of SLC12A family cotransporters. In cardiomyocytes ex vivo and in vivo , compensatory ion fluxes alter their electrical activity at different times of the day. Perturbation of soluble protein abundance has commensurate effects on ion composition and cellular function across the circadian cycle. Thus, circadian regulation of the proteome impacts ion homeostasis with substantial consequences for the physiology of electrically active cells such as cardiomyocytes.

Abstract Cellular circadian rhythms confer temporal organisation upon physiology that is fundamental to human health. Rhythms are present in red blood cells (RBCs), the most abundant cell type in the body, but their physiological function is poorly understood. Here, we present a novel biochemical assay for haemoglobin (Hb) oxidation status which relies on a redox-sensitive covalent haem-Hb linkage that forms during SDS-mediated cell lysis. Formation of this linkage is lowest when ferrous Hb is oxidised, in the form of ferric metHb. Daily haemoglobin oxidation rhythms are observed in RBCs cultured in vitro or taken from freely behaving mice or humans exhibit and are unaffected by mutations that affect circadian rhythms in nucleated cells. These rhythms correlate with daily rhythms in core body temperature, with temperature lowest when metHb levels are highest. Raising metHb levels with dietary sodium nitrite can further decrease daytime core body temperature in mice via NO signaling. These results extend our molecular understanding of RBC circadian rhythms and suggest they contribute to the regulation of body temperature.