Якщо крихітні антени нервових клітин, що мешкають в центрі апетиту нашого мозку, не вловлюють ознак ситості в нашому тілі, ми будемо їсти помірковано, вказували американські дослідники.
Дослідники в університеті Каліфорнійського університету в Сан-Франциско (UCSF) виявили досі невідомий сигнальний шлях в центрі контролю апетиту мозку. Було виявлено, що крихітні, схожі на антени клітинні випинання, які називаються первинними війками, відіграють ключову роль у спілкуванні цих нейронів, і якщо вони не справляються, результатом може бути навіть хворобливе ожиріння.
Не багато людей поза науками про життя чують про первинні вії, хоча останніми роками стало ясно, що цей клітинний орган, який колись вважався мініатюрним залишком, є важливим для опосередкування впливу низки гормонів та інших сигналів клітинного зв'язку . На відміну від рухливих війок, які знаходяться лише на поверхні певних клітин, таких як епітеліальні клітини, що вистилають наші дихальні шляхи, де вдихаються частинки пилу «вимітаються», майже всі наші клітини мають первинну війку, яка зазвичай має лише одну клітина на клітину і не мерехтить хімічні сигнали з навколишнього середовища.
Незвичайні дійові особи в діалозі: первинні війки
Дослідження дослідників UCSF в останньому випуску журналу Nature Genetics свідчать про те, що первинні вії також беруть участь у нейрональному спілкуванні мозку, і їх недостатність порушує, серед іншого, функціонування центру, який регулює прийом їжі. У діалозі між нейронами вчені вже давно називають т. Зв Вважалося, що синапси є єдиною дійовою особою: це зв’язки клітин і клітин, де електричний подразник одного нейрона хімічно регулює збудливий стан іншого нейрона. Однак у світлі нещодавніх досліджень не слід недооцінювати значення хімічної сигналізації на первинних війках, і це визнання може сприяти глобальній боротьбі з ожирінням.
"Ми хочемо скласти всебічну картину генетики ожиріння", - сказав Крістіан Вайс, керівник проекту Центру досліджень діабету UCSF і співробітник університетського Інституту генетики людини, який керував проектом. "Багато дослідників ожиріння навіть не чули про первинні війки, але це зараз змінюється".
Звичайно, глобальна проблема надмірної ваги спричинена головним чином зміною навколишнього середовища та способу життя, зокрема поєднанням необмежених калорій та дедалі сидячого способу життя. Але досвід показує, що при однаковому нездоровому способі життя не всі матимуть однакову зайву вагу.
Експерти підрахували, що тенденція до ожиріння становить приблизно від 40 до 70 відсотків спадково.
Генна мутація за патологічним ожирінням
Генетичні дослідження з 1990-х років показали, що більшість генетичних змін, що призводять до важкого ожиріння, впливають на чітко визначену нейронну мережу ділянок мозку, звану гіпоталамусом, яка регулює основні функції організму. Цей "контур голоду" контролює рівень лептину, гормону, що виробляється жировою тканиною, і вказує на заповнення запасів енергії в організмі, і відповідно регулює апетит та витрати енергії. Система зазвичай підтримує відносно постійну вагу. Люди (і експериментальні миші) які несуть мутацію в гені нервових білків, відповідальних за прийом і обробку сигналів лептину або лептину, не в змозі виявити, коли в організмі накопичилося достатньо жиру, і піниться, ніби вони постійно голодують.
Річ зазвичай працює так. Лептин, що виділяється жировими клітинами по всьому тілу, надходить до мозку, де його відчувають нервові клітини, що сидять в ядрі гіпоталамуса, який називається ядром аркуатуса. Ці клітини передають інформацію про рівень лептину нейронам в іншій області гіпоталамуса, ядрі паравентрикулярної (PVN). Нейрони PVN вирішують, виходячи з надходять до них сигналів, що рівень лептину занадто високий - тобто запаси жиру переповнені - або, навпаки, рівень лептину занадто низький, що вказує на небезпечне виснаження запасів енергії. Це рішення визначає, які вказівки PVN надсилатиме решті мозку для належного регулювання апетиту та енергетичного балансу.
"Джерело: Flickr/Стів Бейкер"
В останні роки Вайс і його група, вивчаючи генетику важкого ожиріння, визначеного як таке, що має індекс маси тіла більше 40, виявили, що мутації гена під назвою MC4R є найпоширенішою причиною захворюваності на ожиріння, що становить приблизно 3- 5 відсотків усіх випадків. Завдяки цьому ген MC4R в ланцюзі голоду виявився найважливішим драйвером ожиріння з одним геном. Група також виявила, що MC4R, який діє як білок сигнального рецептора (рецептора), знаходиться на деяких нейронах PVN і бере участь у зондуванні сигналів від arcuatus nucleus, тому для клітин PVN є ключовим фактором реагувати на високий рівень рівень лептину за рахунок зниження апетиту. Однак досі мало відомо про точний спосіб роботи рецептора.
Такого результату ніхто не очікував
Паралельно інша дослідницька група шийки матки, яку очолював Джеремі Рейтер, завідувач кафедри біохімії UCSF, вивчала, як рідкісні спадкові дефекти первинних війок спричиняють такі захворювання, як синдром Бардет-Бідла та Альстрема. Екстремальне ожиріння є майже постійним компонентом цих синдромів, проте дослідження на сьогоднішній день більше зосереджувались на інших симптомах, таких як числові пальці, проблеми із зором та захворювання нирок.
Тому у своїх останніх роботах Вайс і Рейтер та психіатр-невролог UCSF Марк фон Застров об’єднались, щоб дослідити можливий зв’язок між мутаціями MC4R, первинними віями та захворюваним ожирінням. Моніторинг білка MC4R шляхом флуоресцентного мічення показав, що рецептор концентрувався виключно у первинних війках, припускаючи, що він також може виконувати функцію регулювання апетиту в цій клітковій органелі. Дійсно, коли мутантні варіанти MC4R, що викликають екстремальне ожиріння, були виражені у мишей, вони не змогли мігрувати до війок. Це підтверджує, що MC4R повинен бути розміщений у первинних віях для виконання своєї функції.
Джерело: Flickr/Тоні Альтер
Ще один білок, аденилилциклаза-3 (ADCY3), також був відстежений в тих самих дослідженнях зображень. Як і MC4R, ADCY3 концентрується в первинних війках, і його ген останнім часом асоціюється з ожирінням. ADCY3, поряд з пов'язаними з ним білками, бере участь у передачі сигналів від таких рецепторів, як MC4R, тому вчені припустили, що блокування його функції може блокувати передачу сигналу від MC4R. Інгібування ADCY3 призводило до збільшення споживання їжі та початкового ожиріння у експериментальних мишей, як очікувалося.
З цього дослідники роблять висновок, що MC4R і ADCY3 повинні взаємодіяти в клітинах PVN, що регулюють апетит гіпоталамуса, також у їх первинних віях, щоб PVN міг приймати та обробляти сигнали від arcuatus nucleus, які в кінцевому підсумку інформують про продукцію лептину в жировій тканині. Гіпоталамус зможе надіслати інструкції, що пригнічують апетит, решті мозку лише тоді, коли ці пари працюють бездоганно, коли запаси жиру заповнені. Будь-яка мутація, яка або перешкоджає MC4R досягти війок, або взагалі пошкоджує структуру первинних війок, призведе до того, що мозок не зможе пригнічувати надмірне збільшення ваги.
"Цікаво спостерігати, як розвивалася ця область досліджень", - сказала Вайс. “У 90-х ми навіть запитували, чи ожиріння може бути спадковим; ми виявили десять років тому, що більшість генетичних факторів ризику ожиріння так чи інакше пов’язані з ланцюгом лептину в мозку; і ми зараз на відстані витягнутої руки від того, щоб зрозуміти, які саме нейрони в гіпоталамусі і яка саме клітоутворююча структура відповідає за накопичення зайвої ваги ".
Не думаю, що хтось міг подумати, що ми знайдемо нейронний сигнальний рецептор, відповідальний за відчуття повноти, як MC4R, не в синапсах, а в війках », - додав Рейтер. "Завдяки вивченню цих рідкісних захворювань ми відкрили новий біологічний принцип зв'язку між нейронами".