Результаты, изданные 13 ноября 2017, по своей природе Медицина, представляют изменение парадигмы в понимании ученых того, как млекопитающие превращают свои толстые запасы в тепло, сказал главный следователь Шинго Кэджимура, доктор философии, адъюнкт-профессор клетки и биологии ткани в Школе UCSF Стоматологии и члене Центра Диабета UCSF.Все млекопитающие, включая людей, используют белые жировые клетки, чтобы сохранить энергию, но могут также иметь запасы коричневого жира, который жжет сохраненную энергию произвести тепло. Человеческие младенцы рождаются с коричневым жиром как естественная защита против холода, и зимующие животные, такие как медведи создают крупные запасы коричневого жира по той же самой причине.
Однако у взрослых людей обычно нет большого количества коричневого жира.В 2015 лаборатория Kajimura определила новый тип жира во взрослых людях – так называемого «бежевого» жира – который существует в карманах в жировой ткани и может преобразовать белый жир в коричневый жир в ответ на простуду или другие усилия. В последующих исследованиях лаборатория показала, что мыши с большим количеством бежевого жира были защищены от диабета и вызванного диетой ожирения – сжиганием калорий, чтобы выработать тепло, животные более легко смогли потерять нездоровый избыточный белый жир.
Однако механизм, которого эти клетки превращают энергию в тепло, был недостающей частью загадки.«Теперь мы нашли этот новый путь, которым бежевые жировые клетки делают тепло», сказал Кэджимура. «Мы очень счастливы не только для науки, но также и для ее потрясающего терапевтического потенциала лечить ожирение и диабет 2 типа».Больше чем один способ сделать тепло
Когда Вам холодно, Ваши мышцы первоначально дрожат, чтобы произвести тепло, но с более длительным воздействием низких температур, Вашему телу нужны другие способы сохранять Вас теплыми.Много лет исследователи заинтересовали пониманием, как наши тела превращают, сохраненная энергия в тепло изучили функцию белка, названного белком несцепления 1 (UCP1). Этот белок присутствует только в коричневых и бежевых жировых клетках и работает, перенаправляя энергетический поток в митохондриях, электростанциях наших камер, таким образом, они производят тепло, а не биологически доступную энергию.
У многих млекопитающих UCP1 ответственен за производство тепла в ответ на экологические потребности без дрожания мышц: его деятельность поднимается с низкими температурами, а также после перекармливания. Однако некоторые разновидности – такие как свиньи – не имеют функционального белка UCP1, но так или иначе все еще в состоянии остаться теплыми в холодной окружающей среде. Это принудило лабораторию Kajimura задаваться вопросом, мог ли бы быть другой механизм, вовлеченный в способность бежево-коричневого жира выработать тепло.В предыдущих исследованиях команда удалила белок UCP1 из мышей с более-высокими-,-чем-нормальный уровнями бежевого жира и нашла, что животные были все еще стойкими к диабету и вызванному диетой ожирению, демонстрируя, что благоприятное воздействие бежевого жира было абсолютно независимо от UCP1.
«Это было концептуально очень удивительно нам и для области, потому что UCP1 был единственным известным термогенным белком больше двадцати лет», сказал Кэджимура.Теперь, исследование приводят автора Кенджи Икеду, Мэриленд, доктора философии, и коллеги нашли новый механизм, который бежевые жировые клетки могут использовать, чтобы выработать тепло, когда выставлено низким температурам, который включает активацию пары белков под названием SERCA2b и ryanodine рецептор 2 (RyR2).Обычно, эти белки ответственны за управление доступностью кальция, ключевого иона в жировых клетках.
Когда уровни кальция слишком высоки, SERCA2b может использовать некоторую энергию накачать дополнительный кальций в места хранения в клетке. Затем когда кальций в клетке низкий, действия RyR2 как клапан, чтобы выпустить некоторые из этих сохраненных запасов кальция. Но в холодных условиях, команда Кэджимуры нашла, клетки могут активировать оба белка сразу.
Как газование на двигателе автомобиля, поражая газ и тормоз в то же время, главное последствие должно выработать большое тепло и сжечь много топлива – в этой глюкозе случая.На самом деле исследователи нашли, что этот процесс может сжечь так много глюкозы, что понижение деятельности SERCA2b в бежевых жировых клетках у мышей повлияло на использование глюкозы целого тела, предложив возможное применение для профилактики диабета 2 типа, который, как думают, вызван частично долгосрочными возвышениями на уровнях глюкозы крови.«Теперь, когда мы нашли, что бежевый жир жжет глюкозу, используя SERCA2b, это объясняет много вещей», сказал Кэджимура. «Поэтому мыши становятся диабетическими, когда мы уменьшаем бежевый жир, но разрушающий UCP1 не вызывает диабет, и это – то, почему мыши защищены от диабета в присутствии большего количества бежевого жира».
Эволюционно сохраненный механизмЭксперименты у изолированной свиньи и человеческих бежевых блюд лаборатории жировых клеток показали, что это не просто мыши, которые могут использовать SERCA2b, чтобы превратить избыточную глюкозу в тепло, исследователи нашли, хотя еще не ясно, доминируют ли этот механизм или основанное на UCB1 термопроисхождение в человеческом бежевом жире.
Открытие, что у бежевого жира есть больше чем один механизм, чтобы предотвратить холод, имеет эволюционный смысл, Кэджимура объяснил: «Терморегуляция так важна для жизни, что должны быть многократные механизмы – как у свиней, у которых нет функционального UCP1».Интересно, Кэджимура сказал, есть человеческая болезнь, названная злокачественной гипертермией, в которые мутации в гене для ryanodine рецептора 1 – формы ryanodine рецептора, используемого в мышцах – может быть вовлечена гипертермия причины в скелетной мышце, предлагая связанный механизм.Kajimura и Икеда взволнованы возможностью использования наркотиков – или даже пищевые добавки – чтобы активировать SERCA2b в бежевом жире в надежде на улучшение способности тела обработать глюкозу для пациентов с диабетом 2 типа и ожирением, и также помочь пациентам с болезнями, такими как злокачественная гипертермия, которые разрушают нормальное температурное регулирование.Например, известно, что употребление в пищу имбиря нагревает наши тела, Кэджимура сказал, но механизм плохо понят.
Интригующе, есть некоторые доказательства, что gingerol или рыжее извлечение, активирует белки SERCA, предлагая интересные будущие возможности для ученых проверить gingerol как способ вызвать бежевый жир, чтобы сжечь больше калорий.