Caloric restriction (CR) prolongs life span, yet the mechanisms by which it does so remain poorly understood. Under CR, mice self-impose chronic cycles of 2-hour feeding and 22-hour fasting, raising the question of if it is calories, fasting, or time of day that is the cause of this increased life span. We show here that 30% CR was sufficient to extend the life span by 10%; however, a daily fasting interval and circadian alignment of feeding acted together to extend life span by 35% in male C57BL/6J mice. These effects were independent of body weight. Aging induced widespread increases in gene expression associated with inflammation and decreases in the expression of genes encoding components of metabolic pathways in liver from ad libitum–fed mice. CR at night ameliorated these aging-related changes. Our results show that circadian interventions promote longevity and provide a perspective to further explore mechanisms of aging.

Summary Circadian rhythms govern glucose homeostasis, and their dysregulation leads to complex metabolic diseases. Gut microbes also exhibit diurnal rhythms that influence host circadian networks and metabolic processes, yet underlying mechanisms remain elusive. Here, we show hierarchical, bi-directional communication between the liver circadian clock, gut microbes, and glucose homeostasis in mice. The liver clock, but not the forebrain clock, requires gut microbes to drive glucose clearance and gluconeogenesis. Liver clock dysfunctionality expands proportions and abundances of oscillating microbial features by two-fold relative to controls. The liver clock is the primary driver of differential and rhythmic hepatic expression of glucose and fatty acid metabolic pathways. Absent the liver clock, gut microbes provide secondary cues that dampen these rhythms, resulting in reduced utilization of lipids as fuel relative to carbohydrates. Together, the liver clock transduces signals from gut microbes necessary to regulate glucose and lipid metabolism and meet energy demands over 24 hours. Highlights The liver circadian clock is autonomous from the central clock in metabolic regulation Liver clock and gut microbes interact to direct hepatic glucose and lipid metabolism Reciprocating host-microbe interactions drive rhythmic hepatic transcription Perturbed liver Bmal1 results in chaotic downstream oscillators and metabolism

Circadian clock dysfunction is a common symptom of aging and neurodegenerative diseases, though its impact on brain health is poorly understood. Astrocyte activation occurs in response to diverse insults, and plays a critical role in brain health and disease. We report that the core clock protein BMAL1 regulates astrogliosis in a synergistic manner via a cell-autonomous mechanism, and via a lesser non-cell-autonomous signal from neurons. Astrocyte-specific Bmal1 deletion induces astrocyte activation in vitro and in vivo, mediated in part by suppression of glutathione-s-transferase signaling. Functionally, loss of Bmal1 in astrocytes promotes neuronal death in vitro. Our results demonstrate that the core clock protein BMAL1 regulates astrocyte activation and function in vivo, elucidating a novel mechanism by which the circadian clock could influence many aspects of brain function and neurologic disease.

Extended food consumption during the rest period perturbs the phase relationship between circadian clocks in the periphery and the brain, leading to adverse health effects. Beyond the liver, how metabolic organs respond to a timed hypocaloric diet is largely unexplored. We investigated how feeding schedules impacted circadian gene expression in epididymal white and brown adipose tissue (eWAT and BAT) compared to the liver and hypothalamus. We restricted food to either daytime or nighttime in C57BL/6J male mice, with or without caloric restriction. Unlike the liver and eWAT, rhythmic clock genes in the BAT remained insensitive to feeding time, similar to the hypothalamus. We uncovered an internal split within the BAT in response to conflicting environmental cues, displaying inverted oscillations on a subset of metabolic genes without modifying its local core circadian machinery. Integrating tissue-specific responses on circadian transcriptional networks with metabolic outcomes may help elucidate the mechanism underlying the health burden of eating at unusual times.