O echipă condusă de oamenii de știință de la Institutul de cercetare Scripps a descoperit o legătură directă între insulină - un hormon asociat de mult timp cu metabolismul și tulburări metabolice precum diabetul - și temperatura corpului. Deși s-au efectuat multe cercetări asupra insulinei de la descoperirea sa în anii 1920, aceasta este prima dată când hormonul este conectat la procesul fundamental de reglare a temperaturii.

legată

Lucrarea a fost publicată recent într-un număr online avansat al revistei Diabetes, un jurnal al Asociației Americane a Diabetului și va apărea în ediția tipărită a publicației din ianuarie.

Oamenii de știință au descoperit că atunci când insulina a fost injectată direct într-o anumită zonă a creierului la rozătoare, temperatura corpului a crescut, metabolismul a crescut și țesutul adipos maron (grăsime) a fost activat pentru a elibera căldură. Echipa de cercetare a constatat, de asemenea, că aceste efecte au fost dependente de doză - până la un punct, cu cât mai multă insulină, cu atât aceste măsuri metabolice au crescut.

"Oamenii de știință știu de mulți ani că insulina este implicată în reglarea glucozei în țesuturile din afara creierului", a declarat neurobiologul Scripps Research, Manuel Sanchez-Alavez, care a fost primul autor al noii lucrări alături de colegii de laborator Bartfai Justin V. Tabarean și Olivia Osborn (acum la Universitatea din California, San Diego). „Conexiunea cu reglarea temperaturii în creier este nouă”.

În plus față de sugerarea unei perspective noi asupra bolilor precum diabetul care implică întreruperea căilor de insulină, studiul adaugă la înțelegerea noastră despre temperatura corpului central - temperatura acelor părți ale corpului care conțin organe vitale, și anume trunchiul și capul. În mod normal, temperatura corpului central se menține într-un interval îngust, astfel încât să poată apărea reacții enzimatice cheie. Atunci când temperatura corpului central depășește acest interval pentru perioade prelungite - mai mare ca în febră sau mai mică ca în hipotermie - rezultatul este dăunarea organismului.

Variații mai modeste ale temperaturii corpului de bază sunt asociate cu ciclul zilnic de 24 de ore somn-veghe, ciclul hormonal lunar al femeii și, în mod fascinant, cu efectele restricției severe de calorii.

„Lucrarea noastră subliniază posibilitatea ca diferențele de temperatură de bază să joace un rol în obezitate și să reprezinte o zonă terapeutică în proiectarea viitoare a medicamentelor”, a adăugat Osborn.

O descoperire surprinzătoare

Laboratorul lui Tamas Bartfai, care este președintele Departamentului de Neuroștiințe Moleculare și Integrative, director al Institutului de Cercetări Neurologice Harold Dorris și membru al Institutului de Biologie Chimică Skaggs de la Scripps Research, a investigat biologia reglării temperaturii pentru aproape un deceniu. Ideea noului studiu a apărut în urma unor experimente recente din laboratorul său care explorează proprietățile celulelor numite „neuroni sensibili la căldură”. Aceste celule există doar în zona preoptică a creierului, despre care se știe că reglează temperatura corpului.

În cadrul unei lucrări coordonate de Osborn pentru a caracteriza acești neuroni și transcriptomul lor (toate moleculele de ARN mesager dintr-o celulă, care reflectă exprimarea genelor), echipa a observat ceva neașteptat - un ARN mesager pentru un receptor de insulină.

„Am fost surprinși să găsim receptorul de insulină”, a spus Tabarean. "Receptorul de insulină este foarte bine documentat în pancreas și în alte țesuturi periferice. Dar în creier, nu era clar și cu siguranță nu știam despre existența sa în neuronii sensibili la cald."

Ipotezând că insulina acționează în reglarea temperaturii corpului din cauza prezenței sale în neuronii sensibili la căldură, oamenii de știință și-au propus să investigheze. Pentru a face acest lucru, au folosit o combinație rară de tehnici, inclusiv biologie moleculară la nivel unicelular, electrofiziologie, tehnici imagistice și studii metabolice in vivo.

În primul rând, Tabarean a condus lucrarea cu o singură celulă, examinând efectul insulinei asupra neuronilor individuali sensibili la căldură, care se declanșează mai frecvent când crește temperatura. Rezultatele au arătat că insulina a fost puternică în reducerea ratei de tragere a neuronilor.

Apoi, membrii laboratorului Bartfai au proiectat mai multe studii întregi pe animale pentru a confirma aceste descoperiri și a examina căile din corp care ar putea fi afectate.

Iluminându-se frumos

Oamenii de știință au suspectat că insulina din creier ar putea funcționa pentru a încălzi corpul printr-o cale specifică care implică semnale care se deplasează din zona preoptică a creierului, în jos pe măduva spinării, către neuroni care direcționează țesutul adipos maroniu pentru a cheltui energie pentru a produce căldură.

Țesutul adipos maro, cunoscut și sub numele de grăsime brună, este distinct de grăsimea albă prin faptul că arde calorii, mai degrabă decât să le stocheze. În timp ce în anii trecuți, se credea că grăsimea brună există la om numai când sunt sugari, studii recente au arătat că depozitele de grăsime brună se găsesc și la adulții sănătoși, în special în jurul gâtului și gâtului. Interesant este faptul că persoanele în vârstă au mai puține grăsimi brune decât persoanele mai tinere, iar ambele persoane au mai puține persoane slabe.

Pentru a vedea dacă grăsimea brună a fost activată de insulină în creier, grupul Bartfai a colaborat cu membrii Seimens Medical Solutions, care sunt experți în tehnici imagistice. Mai exact, oamenii de știință au examinat efectul injecțiilor cu insulină în zona preoptică a șobolanilor asupra țesutului adipos maro utilizând scanări tomografice computerizate (CT) și tomografii cu emisie de pozitroni (PET). Rozătoarele posedă țesut adipos maro în două mase mari pe spate între omoplați.

Când activitatea grăsimii brune a fost capturată vizual, datele au confirmat proiecțiile oamenilor de știință.

„După injectarea insulinei în zona preoptică, țesutul adipos maro luminează foarte frumos”, a spus Sanchez-Alavez.

Apoi, Sanchez-Alavez a condus studii care examinează efectele insulinei asupra metabolismului, în special prin măsurarea efectului injecțiilor cu insulină din zona preoptică a șoarecilor asupra consumului de oxigen și a producției de dioxid de carbon. Din nou, rezultatele au arătat că rata metabolică a crescut odată cu creșterea insulinei.

„Toate tehnicile - scanare PET/CT, studii metabolice, lucru telemetric - susțin efectul hipertermic al insulinei la modelele de rozătoare”, a rezumat Sanchez-Alavez.

Autorii notează că, deși noua lor lucrare luminează o piesă cheie a puzzle-ului proceselor metabolice ale corpului, aceasta ridică, de asemenea, multe întrebări interesante: Cum ajunge insulina în zona preoptică a creierului - traversează bariera hematoencefalică sau este produsă local? Sunt diabetici, care sunt insensibili la insulina din țesuturile periferice, încă sensibili la insulina din creier; dacă da, ar putea fi utilizată această dihotomie în dezvoltarea unei noi terapii? Ar putea oamenii de știință să găsească o modalitate de a utiliza aceste noi perspective pentru a crește cheltuielile de energie în scopul pierderii în greutate?

"Acesta este un proiect foarte lung", a spus Sanchez-Alavez. "Sper că vom obține finanțare pentru a continua această cercetare."

În plus față de Sanchez-Alavez, Tabarean și Osborn, autorii lucrării includ Kayo Mitsukawa, Izabella Klein, Joe Klaus, Bruno Conti și Tamas Bartfai de la Scripps Research; Jean Schaefer și Jeffrey Dubins, Kristina H Holmberg și John R Hadcock de la Pfizer Ltd.; Luis F Gomez, Hartmuth Kolb și James Secrest de la Siemens Medical Solutions; Jeanine Jochems, Kevin Myashiro, Peter Buckley și James Eberwine de la Facultatea de Medicină a Universității din Pennsylvania.

Acest studiu a fost susținut de Harold Dorris Neurological Research Institute, Skaggs Institute of Chemical Biology, Ellison Medical Foundation, Pfizer, National Institutes of Health și Health Research Formula Fund (HRFF) din Commonwealth of Pennsylvania.