Ученые обнаружили связанный с ожирением гормон у плодовых мушек

Исследователи обнаружили у плодовых мушек ключевой метаболический гормон, который считался исключительным свойством позвоночных. Этот гормон — лептин, сенсор питательных веществ, регулирующий потребление и расход энергии и, в конечном счете, аппетит. Поэтому он вызывает большой интерес у ученых, изучающих ожирение и диабет на молекулярном уровне. Но до сих пор сложные млекопитающие, такие как мыши, были единственными моделями для исследования механизмов этого критически важного гормона. Новые данные показывают, что плодовые мушки могут дать важные сведения о молекулярных основах восприятия жира.

"Лептин очень сложен, — говорит Ахила Раджан, первый автор статьи и постдокторант в лаборатории Норберта Перримона, профессора биологии развития Гарвардской медицинской школы. — Такие гормоны приобретают все более сложные функции в процессе эволюции. Здесь, у мушки, мы видим лептин, скорее всего, в его наиболее примитивной форме".

Результаты будут опубликованы 28 сентября в журнале Cell.

Для нормального функционирования организма в меняющихся условиях его системы органов должны поддерживать стабильное состояние, или "гомеостаз". Координация потребления пищи и запасов питательных веществ с энергетическими потребностями — ключевой гомеостатический механизм, называемый энергетическим гомеостазом. Лептин регулирует его, связывая жировые запасы организма с калорийностью питания. Это гормон, который сообщает мозгу: "Ты сыт".

Ученым уже около десяти лет известно, что молекулы, секретируемые жировой тканью плодовой мушки, передают информацию о ее питании по всему телу. Однако идентичность этих молекул и природа сигналов оставались неизвестны. Раджан предположила, что эта сигнальная молекула, вероятно, похожа на гормон лептин у людей, поскольку у мушек и млекопитающих схожие пути восприятия питательных веществ.

Исследователи предсказывали, что три молекулы у мушек могут быть структурно похожи на лептин. Когда Раджан "выключила" одну из них — белок под названием Upd2, — мушки на метаболическом уровне вели себя так, будто голодали, несмотря на нормальное потребление калорий.

"Поскольку лептин — это сенсор питательных веществ, это логично, — поясняет Раджан. — Если вы выключаете молекулу, которая их чувствует, организм думает, что питательных веществ нет. Блокировка этой молекулы воспроизвела фенотип голодания".

Дальнейшие тесты показали, что при реальном голодании уровень Upd2 у мушек падал, а при адекватном питании — повышался. Это стало дополнительным доказательством того, что Upd2, как и лептин, является сенсором питательных веществ.

Затем ученые выяснили, что Upd2 использует нейронную цепь, похожую на лептиновую, для передачи информации о питании между мозгом и жировой тканью. Попадая в мозг, Upd2 регулирует секрецию инсулина, по сути "приказывая" мушке запасать питательные вещества и тратить энергию на рост.

Наконец, Раджан и коллеги создали мушку, у которой полностью отсутствовал Upd2, и вставили на его место ген человеческого лептина. Мушка полностью приняла эту молекулу млекопитающего, и все нормальные функции восприятия питательных веществ восстановились.

"Ключевое значение в том, что теперь мы можем в полной мере использовать сложный генетический инструментарий, доступный в генетике мух, для решения глубоко сложных вопросов биологии лептина, — говорит Перримон. — Это хорошая новость для ученых, изучающих ожирение на молекулярном уровне".

Интересно, что аминокислотная последовательность лептина отличается от последовательности Upd2. Однако белки, производимые каждым геном, имеют много структурных сходств. "В литературе очень мало таких примеров", — отмечает Перримон.

"Теперь, когда мы определили Upd2 как сенсор питательных веществ у мушки и начали изучать мозговые цепи, следующий шаг — углубиться в механизмы", — добавляет Раджан.