Вплив інсуліну на мозок може призвести до ожиріння Макса-Планка-Гезельшафта
Дослідники розшифровують важливий механізм, за допомогою якого інсулін контролює енергетичний баланс у гіпоталамусі
Жирна їжа товстить. Це просте з'єднання приховує складні сигнальні шляхи, за допомогою яких речовини, що передають мозок, контролюють енергетичний баланс. Вчені з Інституту неврологічних досліджень імені Макса Планка в Кельні та Кластеру досконалості CECAD при Кельнському університеті зараз пояснили важливий крок у цьому складному циклі контролю. Вони змогли показати, як працює гормон інсулін у так званому вентромедіальному гіпоталамусі мозку. Інсулін виділяється більшою мірою в результаті дієти з високим вмістом жиру. У спеціальних нервових клітинах - нейронах SF-1 - він приводить в рух сигнальний каскад, в центрі якого знаходиться фермент PI3-кіназа. У кілька проміжних етапів інсулін пригнічує передачу нервових імпульсів таким чином, що відчуття ситості пригнічується, а споживання енергії зменшується. Це сприяє надмірній вазі та ожирінню.
Візуалізація ефектів інсуліну в нейронах SF-1 гіпоталамуса. Після стимуляції інсуліном клітини SF-1 (червоні) утворюють сигнальну молекулу PiP3 (зелений). (Синій: ядро клітини)
Гіпоталамус відіграє важливу роль у регулюванні енергетичного балансу. Спеціальні нервові клітини в цій області, так звані клітини POMC, реагують на речовини-месенджери і таким чином контролюють харчову поведінку та споживання енергії. Гормон інсулін є важливою речовиною, що передає інформацію. В організмі інсулін призводить до того, що цукор, що потрапляє з їжею, транспортується до клітин-мішеней (наприклад, до м’язів) і, отже, є джерелом енергії. При дієті з високим вмістом жиру вона все більше утворюється в підшлунковій залозі, завдяки чому її концентрація також збільшується в мозку. Взаємодія між інсуліном та клітинами-мішенями мозку також має вирішальне значення для контролю та регулювання енергетичного балансу. Однак досі в основному невідомо, які молекулярні механізми лежать в основі контролю за допомогою інсуліну.
Дослідницька група під керівництвом Йенса Брюнінга, директора Інституту неврологічних досліджень імені Макса Планка та керівника кластеру досконалості CECAD («Реакції клітинного стресу на хвороби, пов’язані зі старінням») в Кельнському університеті, зараз пояснила важливий крок у цьому складному наборі правил. Як показали вчені, інсулін запускає сигнальний каскад у нейронах SF-1 - іншої групи нервових клітин у гіпоталамусі. Цікаво, проте, ці клітини, здається, регулюються інсуліном лише під час дієти з високим вмістом жиру та надмірної ваги. Фермент PI3-кіназа відіграє центральну роль у цьому каскаді речовин, що передають речовини. Фермент активує іонні канали через проміжні етапи і, таким чином, пригнічує передачу нервових імпульсів. Дослідники підозрюють, що саме так клітини SF-1 спілкуються з клітинами POMC.
Кінази - це ферменти, які активують інші молекули за допомогою фосфорилювання - приєднання фосфатних груп. "Якщо інсулін зв'язується зі своїм рецептором на поверхні клітин SF-1, він активує PI3-кіназу", - пояснює Тім Клоккенер, перший автор дослідження. «Кіназа PI3, у свою чергу, контролює утворення PIP3, іншої сигнальної молекули, за допомогою фосфорилювання. PIP3 робить відповідні канали в клітинній стінці проникними для іонів калію ». Їх приплив змушує нервову клітину повільніше« стріляти »- придушення передачі електричних імпульсів.
"Через проміжну станцію нейронів SF-1 інсулін, отже, непрямо інгібує нейрони POMC, які відповідають за відчуття ситості, якщо у вас надмірна вага", - підозрює вчений. «Водночас споживання їжі продовжує зростати». Однак прямі докази того, що два типи нервових клітин таким чином безпосередньо взаємодіють між собою, ще очікуються.
Щоб з’ясувати, як працює інсулін в головному мозку, кельнські вчені порівняли мишей, у яких не було рецепторів інсуліну на нейронах SF-1, з мишами, рецептори інсуліну яких були недоторканими. При звичайному харчуванні дослідники не виявили різниці між цими двома групами. Це говорить про те, що інсулін не робить вирішального впливу на активність цих клітин у худорлявих особин. Якщо, навпаки, гризунів годували дієтою з високим вмістом жиру, ті, у кого бракований рецептор інсуліну, залишалися стрункими, тоді як особи з діючим рецептором швидко набирали вагу. Як збільшення апетиту, так і зменшення споживання калорій відповідали за збільшення ваги. Цей ефект інсуліну може представляти еволюційну адаптацію організму до нерегулярного надходження їжі з тривалими періодами голоду: якщо короткочасно надлишкове надмірно жирне харчування, організм може особливо ефективно створювати енергетичні запаси під дією інсуліну.
Чи можуть результати дослідження допомогти втрутитися в енергетичний бюджет одного дня, поки що не можна оцінити. «Наразі ми ще далеко від практичного застосування, - говорить Єнс Брюнінг. “Наша мета - з’ясувати, як виникає голод та почуття ситості. Тільки коли ми зрозуміємо всю систему, ми можемо розпочати розробку методів лікування ".