Обнаружен механизм в жировых клетках, защищающий организм от избытка энергии
Группа ученых из Национального центра сердечно-сосудистых исследований (CNIC) под руководством профессора Мигеля Анхеля дель Посо Барриусо, возглавляющего группу механоадаптации и биологии кавеол в CNIC, выявила важный механизм в жировых клетках (адипоцитах), который позволяет им безопасно увеличиваться для хранения энергии. Этот процесс позволяет избежать повреждения тканей и защищает организм от токсического воздействия накопления жировых молекул (липидов) в неподходящих местах. Результаты, опубликованные в Nature Communications, знаменуют собой значительный прогресс в понимании метаболических заболеваний. Более того, это открытие открывает двери для разработки новых терапевтических стратегий для борьбы с заболеваниями, связанными с хроническим избытком энергии, такими как избыточный вес, ожирение, липодистрофия и метаболический синдром, а также их серьезными сердечно-сосудистыми и метаболическими осложнениями.
В современных обществах, характеризующихся малоподвижным образом жизни и высококалорийным питанием, жировая ткань является ключевым фактором, определяющим метаболическое здоровье. Адипоциты могут увеличиваться, чтобы запасать энергию в виде жира, предотвращая накопление избыточных липидов в таких органах, как печень или в стенках кровеносных сосудов (особенно в сердце и мозге), где они могут нанести непоправимый ущерб.
Тем не менее, этот процесс не лишен риска. Когда адипоциты перегружены жиром, они могут разорваться, высвобождая свое токсичное содержимое и вызывая воспаление и метаболические изменения.
Исследование CNIC изучало, как адипоциты адаптируются к механическому стрессу, связанному с их расширением для размещения избытка жира.
Команда проанализировала роль кавеол, небольших инвагинаций в клеточной мембране, которые действуют как датчики и амортизаторы этих напряжений. «Когда адипоцит накапливает жир и его поверхность подвергается повышенному растягивающему напряжению, кавеолы уплощаются, высвобождая «резервуар» мембраны, который позволяет клетке увеличиваться, не распадаясь. И наоборот, когда запасы жира уменьшаются, эти структуры перегруппировываются, чтобы уменьшить избыток мембраны и восстановить клеточную стабильность», — объяснила первый автор исследования доктор Мария Абой Пардаль.
Помимо физической защиты адипоцитов, кавеолы также играют важную роль в координации клеточного метаболизма. Мигель Анхель дель Посо Барриусо объяснил, что во время расширения адипоцитов «молекулярные компоненты этих мембранных структур перемещаются в другие клеточные отсеки, передавая сигналы, которые регулируют метаболическую активность в соответствии с уровнем энергетических резервов. Эта способность к внутренней коммуникации делает кавеолы ключевыми элементами для эффективной кавеолярной функции».
Однако, когда эти структуры отсутствуют или неисправны, адипоциты становятся более жесткими, уязвимыми к разрыву и менее эффективными в хранении энергии. Результатом, добавил Эбой Пардал, «является воспалительная реакция, которая ставит под угрозу метаболическое здоровье организма. Это явление связано с такими состояниями, как липодистрофия, при которой организм не может хранить жир, что приводит к серьезным метаболическим и сердечно-сосудистым изменениям».
Исследование CNIC подчеркивает ключевую роль белка кавеол кавеолина-1 (Cav-1). Для того чтобы кавеолы правильно сплющивались в ответ на колебания механического напряжения в клеточной мембране, Cav-1 необходимо химически изменить путем добавления фосфорильной группы к определенной аминокислоте, процесс, называемый фосфорилированием. Для исследования исследователи разработали трансгенную мышь, которая экспрессирует генетически измененную версию Cav-1, которая не может фосфорилироваться. Это делает адипоциты неспособными правильно расширяться в ответ на механическое напряжение, создаваемое накоплением липидов (см. рисунок), что серьезно ограничивает их способность запасать энергию и поддерживать клеточную целостность. Нарушение этого простого механизма в конечном итоге приводит к липодистрофии и ее серьезным последствиям.
Дель Позо Барриусо пришел к выводу, что «эти результаты дают нам лучшее понимание того, как жировая ткань реагирует на механические силы, связанные с избытком энергии. В контексте ожирения и метаболического синдрома этот защитный механизм имеет важное значение для минимизации повреждений организма».