Разбуженных медведей угостили медом, чтобы понять механизмы инсулинорезистентности

В Университете штата Вашингтон исследовали жировые клетки и сыворотку крови медведей во время спячки и бодрствования, а также сыворотку крови разбуженных в середине спячки медведей, которые получали медовую воду. Обнаружены изменения транскрипции в клетках и сывороточные белки, которые могут отвечать за инсулинорезистентность клеток во время зимнего сна и ее прекращение при пробуждении.

Изображение:

Медведь гризли из Университета штата Вашингтон

Credit:

Bob Hubner, Washington State University

Исследователи из Университета штата Вашингтон будили спящих медведей и предлагали им медовую воду, чтобы исследовать механизмы, контролирующие чувствительность к инсулину и обмен глюкозы. Каждую осень медведь набирает вес, а затем несколько месяцев остается неподвижным во время гибернации. У человека такой образ жизни мог бы привести к серьезным нарушениям метаболизма, но у спящих медведей наблюдается инсулинорезистентность: клетки не поглощают глюкозу в присутствии инсулина. Весной чувствительность к нему восстанавливается. Чтобы понять, как это происходит, ученые исследовали сезонные изменения в экспрессии генов жировых клеток и составе белков сыворотки.

«Кажется, существует восемь белков, которые работают либо независимо, либо вместе, чтобы модулировать чувствительность и резистентность к инсулину, которые наблюдаются у медведей в спячке, — сказала Джоанна Келли, последний автор статьи в iScience. — Все эти восемь белков имеют гомологи у человека».

Образцы сыворотки крови и клетки жировой ткани (адипоциты) брали у медведей гризли, живущих в Медвежьем центре университета, во время зимнего сна и летней активности. Кроме того, медведей будили в середине спячки и давали им воду с медом, а потом также брали кровь на исследование сыворотки. Медведи во время спячки иногда встают и немного двигаются, но не едят, не мочатся и не испражняются. Исследователи уже использовали эти моменты бодрствования, чтобы предложить зверям медовую воду, одно из их любимых лакомств, в рамках другого исследования. Такая модель пробуждения минимизирует влияние других факторов — продолжительности светового дня, температуры, доступности иных питательных веществ, кроме углеводов. Авторы предположили, что поступление в организм глюкозы может быть сигналом для перехода жировой ткани в состояние чувствительности к инсулину, и что в сыворотке крови при этом должны появиться белки, которые «разбудят» адипоциты.

К адипоцитам, выращиваемым в культуре, добавляли сыворотку, взятую у спящих, активных или разбуженных медведей, причем исследовали все возможные комбинации. Затем делали РНК-секвенирование адипоцитов и выявляли дифференциально экспрессируемые гены (DEG), а также исследовали протеом сыворотки, чтобы идентифицировать все изменения, которые могут быть ответственными за обратимую инсулинорезистентность. Действительно, когда ученые добавили сыворотку разбуженных животных в культуру адипоцитов, взятых у нормально спящих медведей, паттерн экспрессии генов начал изменяться в сторону «бодрствующих» клеток.

Авторы идентифицировали набор из восьми сывороточных белков, которые, вероятно, вносят важный вклад в формирования экспрессионного «паттерна гибернации» в адипоцитах. В «спящей» сыворотке снижено количество IGF-1, IGFALS, C1S, C2, SOD3; повышено количество VTN, IGFBP2 и JCHAIN. Хорошо известно, что изменения концентрации IGF-1в крови отвечают за изменения инсулиновой реакции. Белки C1S, JCHAIN C2 участвуют в иммунных реакциях,

Профиль транскрипции «спящих» клеток, обработанных «спящей» сывороткой, был уникальным, и это значит, что изменения в транскрипции генов при гибернации требуют как клеточных, так и сывороточных факторов. Авторы выявили десятки сигнальных путей, активность которых различалась в клетках спящих и активных медведей. Характерные паттерны экспрессии в «спящих» адипоцитах включали гены, участвующих в пути передачи сигналов инсулина и регуляции гомеостаза глюкозы: IRS1, mTOR, PIK3C2B и PIK3R2. Ген DEPTOR, который кодирует ингибитор mTOR, активировался в «спящих» клетках, подавлены были два других гена комплекса mTOR (RICTOR и PRR5L), а также PDK1. Инсулинорезистентности у спящих медведей способствует также облегчение расщепления жиров в адипоцитах.

В дальнейшем команда планирует детально исследовать механизмы действия этих восьми белков на резистентность к инсулину. Они надеются, что это поможет найти новые способы профилактики и лечении диабета у человека.

Недавно участники исследования опубликовали обновленную сборку генома бурого медведя — более полный, непрерывный геном.



Снижение аппетита при действии кортизола не связано с гипергликемией

Белые и бурые медведи обменивались генами более сотни тысяч лет назад

Источник

Michael W. Saxton, et al. Serum plays an important role in reprogramming the seasonal transcriptional profile of brown bear adipocytes // iScience, 21 Sep 2022. DOI: 10.1016/j.isci.2022.105084 

Добавить в избранное

Вам будет интересно