Выключение или ингибирование всего одного белка помогает справиться с ожирением. Это происходит из-за превращения обычного жира в так называемый бурый жир. Таковы результаты исследования группы ученых из штата Индиана, опубликованные в журнале Nature Medicine.
Все клетки эукариотических организмов содержат митохондрии. Митохондрии в клетках отвечают за выработку энергии – синтез молекул АТФ. Синтез АТФ происходит за счет переноса специальными белковыми комплексами электронов и протонов через мембрану митохондрий, именно поэтому у митохондрий такая складчатая поверхность – это позволяет увеличить площадь мембраны, не увеличивая общего объема митохондрии. У бактерий нет митохондрий, у них этот процесс идет непосредственно на клеточной мембране, отделяющей бактерию от окружающего мира. Фактически, митохондрия – это и есть бывшая бактерия, поселившаяся в симбиозе с другой клеткой.
После того, как человек съедает еду, в пищеварительном тракте она расщепляется на белки, жиры и углеводы и в таком виде попадает в клетки. Затем уже в клетках (в эукариотических клетках – внутри митохондрий) углеводы расщепляются до глюкозы, глюкоза окисляется до пирувата, а пируват при наличии кислорода отправляется в цикл Кребса. В цикле Кребса определенные молекулы присоединяют к себе электроны и переносят их на мембрану – в дыхательную цепь. Эти электроны движутся по дыхательной цепи, создавая ток протонов через мембрану. Когда протон проходит через специальный канал в АТФ-синтазе, он тратит свою энергию на образование богатой энергией связей фосфорной кислоты. В таком виде эта энергия запасается и может транспортироваться к любому месту в клетке, где она нужна. Излишки энергии запасаются в виде жиров в адипоцитах белой жировой ткани. Излишнее запасание и приводит к ожирению и связанным с ними проблемам.
Может ли протон на мембране митохондрии постигнуть другая судьба? Может. Например, гормоны щитовидной железы могут вызывать разобщение дыхательной цепи, они переносят протоны через мембрану мимо АТФ-синтазы. Энергия таких протонов просто превращается в тепло. Поэтому при повышенном уровне гормонов щитовидной железы люди часто бывают худыми при нормальном и даже повышенном аппетите, и они лучше переносят холод, а жару – хуже.
Но есть и другой вариант. В организме человека содержится бурый жир, особенно много его у новорожденных. В нем содержатся специальные митохондрии, в которых протоны проходят сквозь мембрану через белок термогенин, превращая свою энергию не в АТФ, а в тепло. Легче всего бурый жир нащупать у себя в верхней части спины и шее – там он окружает сонную артерию, по которой кровь поступает в мозг.
Хорошая новость: под действием гормона ирисина белый жир может превращаться в бурый. Синтез ирисина усиливается после физических упражнений.
Для тех, кто не любит упражнений, тоже есть хорошие новости. Они как раз и относятся к работе ученых из Индианы. В работе было показано, что инактивация или ингибирование сигнального белка Notch-1 приводило к превращению у мышей белого жира в бурый.
Сигнальный путь Notch играет огромную роль в развитии и жизнедеятельности самых разных частей организма. Фактически, с его помощью соседние клетки могут общаться и «договариваться» о совместной деятельности или распределении ролей. Белок Notch-1 частично расположен в мембране клетки, частично внутри, частично снаружи. Это белок-рецептор. Он может связывать сигнальные молекулы-лиганды, поступающие от других клеток и передавать сигнал через другие молекулы дальше, в ядро. В ядре такой сигнал меняет активность генов-мишеней.
Специфическое подавление синтеза этого белка в жировой ткани приводило к увеличению процента клеток бурого жира среди общего числа жировых клеток, увеличению синтеза термогенина, большему расходу энергии у таких мышей и лучшей переносимости ими высокожировой диеты. Специфическая активация Notch-1 приводила к обратным результатам. Фармакологическое ингибирование сигнального каскада Notch у мышей, уже страдающих ожирением, приводило к снижению веса, снижению уровня глюкозы в крови и повышению уровня синтеза термогенина в жировых клетках. Из этого можно сделать вывод, что Notch можно использовать как мишень для лечения ожирения.
