Ученые из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что те же самые жировые клетки, которые помогают новорожденным детям регулировать температуру тела, могут быть мишенью для лекарств для похудания у взрослых.
Исследователи обнаружили, что коричневые жировые клетки, которые помогают млекопитающим регулировать температуру тела, работают во многом как мышечные клетки. Когда мозг посылает сигнал бурому жиру, чтобы начать сжигать энергию для выработки тепла, клетки становятся жесткими, что запускает биохимический путь, который заканчивается сжиганием калорий для тепла. Многопрофильная исследовательская группа биоинженеров и исследователей метаболизма разделила этапы этого пути и определила потенциальный способ воздействия лекарств на бурые жировые клетки.
"Мы выяснили новый способ, который заставляет коричневую жировую ткань потреблять калории из жира и сахара и излучать их в виде тепла," сказал Андреас Шталь, профессор и председатель отделения диетологии и токсикологии в Беркли. "Понимание того, как активируется бурый жир, может открыть новые способы борьбы с ожирением."
Исследование будет опубликовано 6 марта в журнале Cell Metabolism. Работа финансировалась Национальным институтом здоровья и Американской диабетической ассоциацией.
Когда холодно, человеческое тело дрожит, выделяя тепло, пытаясь поддерживать температуру тела 98.6 градусов по Фаренгейту. У новорожденных, которые еще не могут дрожать, есть участок коричневого жира между лопатками, и его задача состоит в том, чтобы принимать питательные вещества, чтобы сжигать их энергию, чтобы производить тепло для регулирования температуры тела. Количество коричневых жировых клеток уменьшается по мере взросления младенцев, но у взрослых все еще есть небольшое количество коричневых жировых клеток, которые не очень активны.
Вот как работает бурый жир: когда тело ощущает холод, мозг выделяет норадреналин, который обнаруживается рецептором в коричневых жировых клетках. Затем запускается каскад биохимических сигналов, приводящий к выработке белка, называемого фактором разобщения-1 (UCP1), который перемещается в митохондрии бурых жировых клеток.
Нормальная клетка использует митохондрии как батарею для выполнения работы. Митохондрии превращают питательные вещества из рациона в энергию, которая в основном хранится в молекуле под названием АТФ. Но в коричневых жировых клетках UCP1 закорачивает эту батарею, заставляя ее нагреваться вместо выработки АТФ. Когда UCP1 активирован в митохондриях, бурые жировые клетки поглощают жир и сахар из пищи и сжигают их для тепла в митохондриях.
Предыдущие исследования показали, что бурый жир имеет некоторые общие характеристики с мышцами, в частности белки, называемые миозином, которые представляют собой небольшие двигатели, выполняющие работу. В мышцах миозин сокращает клетки, но никто не знал, что миозин делает в коричневых жировых клетках.
Чтобы выяснить это, исследователи стимулировали бурый жир и измерили, насколько клетка изгибается, измеряя увеличение напряжения в клетке. Они обнаружили, что клетки стали примерно вдвое более жесткими при стимуляции. Затем исследователи отключили мышечный миозин в коричневых жировых клетках и обнаружили, что клетки стали значительно мягче, а их жесткость уменьшилась примерно в два раза.
"Наше открытие, что миозин, похожий на мышцу, отвечает за укрепление коричневых жировых клеток, было действительно неожиданным, никто никогда не наблюдал этого," Шталь сказал.
"Это исследование предлагает замечательный пример того, как механические и другие физические силы могут влиять на физиологию и болезнь мощным и неожиданным образом," сказал Санджай Кумар, профессор биоинженерии из Беркли и соавтор исследования. "Мы надеемся, что наша работа поможет в разработке терапевтических биоматериалов и других технологий, направленных на улучшение функции бурого жира."
Исследование показало, что активность UCP1 напрямую связана с увеличением клеточного натяжения. Затем ученые сняли напряжение в активированных коричневых жировых клетках и обнаружили, что это привело к снижению UCP1 на 70 процентов, поэтому клетки выделяют меньше тепла. Затем исследователи определили молекулы в клетке, которые реагируют на повышенное напряжение, вызывая активацию UCP1. В экспериментах на мышах они разрушили эти молекулы и обнаружили, что коричневые жировые клетки утратили свою функцию и физически больше походили на белые жировые клетки, в которых организм хранит избыточную энергию.
"Мы обнаружили, что жесткость клеток действительно играет большую роль в функции коричневых адипоцитов," Шталь сказал.
Исследователи использовали лекарство, чтобы вызвать повышенное напряжение в коричневых жировых клетках, и обнаружили, что концепция активации напряжения может привести к сжиганию калорий, но требуется гораздо больше работы, чтобы определить правильное химическое соединение, которое могло бы сделать это эффективно.
"Теперь, когда мы лучше понимаем, как работают бурые жировые клетки, мы можем подумать о способах стимулирования мышечного миозина в коричневом жире для увеличения термогенеза и сжигания калорий," Шталь сказал. "Лекарства, стимулирующие мышечный миозин в существующем буром жире, вероятно, будут способствовать созданию более активных коричневых жировых клеток у взрослых."