«Дилемму голодания» проследили до эндомембран

Энергетический баланс в организме млекопитающих зависит от координации процессов расходования и получения энергии. На молекулярном уровне ее опосредует разложение межлопаточной бурой жировой ткани (interscapular brown adipose tissue, iBAT): эпизодический избыток пищи приводит к нагреванию ее адипоцитов и повышенным энергетическим тратам, ограничивая рост массы тела. Голод, напротив, сопровождается замедленной потерей веса — этот эффект часто наблюдается на фоне диет для похудения. Известно, что контроль за насыщением выполняют орексигенные нейроны гипоталамуса, экспрессирующие нейропептид Y (NPY) и агутиевый нейропептид (AGRP) — так, стимуляция последнего провоцирует переедание. Однако нейронный механизм такой регуляции изучен недостаточно.

Чтобы выяснить, как орексигенные нейроны связаны с бурой жировой тканью, авторы новой работы провели серию экспериментов на мышах. В отсутствие пищи животным вводили вектор на основе аденоассоциированного вируса (плазмиду) с флуоресцентным белком и рецептором hM3dq, после чего делали инъекцию клозапин-N-оксида (CNO). Под воздействием последнего рецептор связывался с AGRP-нейронами, что приводило к деполяризации их мембраны. Одновременно, с помощью телеметрического датчика, имплантированного в межлопаточную область, ученые следили за температурой в бурой жировой ткани. Наблюдения показали, что в течение часа после такой стимуляции мыши потребляли в среднем вдвое больше пищи по сравнению с контрольными особями.

В соответствии с гипотезой, активация AGRP-нейронов снижала температуру в жировой ткани, а также, несмотря на физическую активность, расход энергии. Схожий эффект вызвало прямое введение в гипоталамус грелина — нейропептида, который стимулирует AGRP естественным образом. Для определения роли разных молекул в расщеплении iBAT при стимуляции AGRP, исследователи обрабатывали мышей метирозином — ингибитором тирозингидроксилазы (прекурсора катехоламинов): рост уровня адреналина и норандреналина ускоряет липолиз жиров. Согласно анализу, после инъекции CNO жировые клетки подопытных мышей хуже связывались с норадреналином. Однако самостоятельно это не объясняло действие нейронов, и авторы изучили «нисходящие» пути адренорецепторов iBAT.

Последующий анализ показал, что стимуляция AGRP-нейронов сопровождается ростом активности АМФ-активируемой протеинкиназы (AMPK). Этот фермент регулирует энергетический баланс клеток: при его активации, например во время физических нагрузок, клетка переходит в режим энергосбережения. В результате дефицит энергии, стимулируя внутриклеточный комплекс mTORC1 в орексигенных нейронах, вызывает резкое снижение температуры бурой жировой ткани и, как следствие, замедляет ее расщепление и снижение массы тела. Таким образом, полученные данные проясняют роль AGRP-нейронов в поддержании энергетического баланса. Фактически эти клетки выполняют функцию «переключателя» механизмов расходования и запасания бурого жира в зависимости от условий внешней среды.

Подробности работы представлены в журнале eLife.

Ранее исследователи обнаружили, что снижение двигательной активности при ожирении связано с нарушением работы дофаминовых рецепторов.