Corpul uman este un set uluitor de sisteme care interacționează, o rețea complexă de semnale și căi care se adaptează constant la condițiile în care ne găsim. Cercetări inovatoare realizate de Dr. Lei Cao, de la Universitatea de Stat din Ohio, SUA, oferă noi informații despre impactul mediilor noastre asupra sănătății noastre. Citiți mai departe pentru a afla cum un mediu interesant duce la pierderea de grăsime și chiar protejează împotriva cancerului.

Lumea din afară și fiziologia noastră interioară

Fie că este vorba de temperatura exterioară, de nivelul zahărului din sânge sau chiar de momentul zilei, corpurile noastre măsoară, evaluează și interpretează acești factori pentru a oferi răspunsul optim. Totuși, această complexitate merge și mai departe. Cercetări recente au arătat că chiar și factori aparent neconectați, cum ar fi condițiile de viață și contactul social, pot duce la schimbări măsurabile în activitatea creierului nostru și a biochimiei corpului nostru - cu impact remarcabil asupra sănătății noastre.

Un cercetător care lucrează în acest domeniu este Dr. Lei Cao de la Ohio State University, SUA. După cum observă dr. Cao, munca sa a acoperit o gamă largă de subiecte și descoperiri care arată cum „stilul de viață poate influența în mod eficient activitatea creierului și modul în care aceste schimbări din creier interacționează cu alte sisteme atât la nivel molecular, cât și la nivel sistemic, influențând metabolismul și diferite boli, inclusiv obezitatea, diabetul și cancerul. ”Alături de rețeaua sa de colaboratori, dr. Cao a identificat o serie de sisteme care se leagă între ele și conectează lumea exterioară la fiziologia noastră interioară.

Multe dintre aceste sisteme implică o proteină cunoscută sub numele de BDNF, un acronim convenabil scurt pentru termenul semnificativ mai lung „factor neurotrofic derivat din creier.” BDNF este o proteină care este fabricată pe scară largă în creier, inclusiv hipotalamusul, o mică parte a creierului care este responsabil pentru secretarea unui număr de hormoni și astfel (prin diferiți pași intermediari) controlul lucrurilor precum temperatura, foamea și somnul. BDNF în sine este implicat în mai multe dintre aceste căi, deși este cel mai frecvent asociat cu controlul metabolismului.

Șoricel gras, șoricel slab

O serie de studii științifice au legat BDNF de controlul metabolismului nostru și al echilibrului energetic. Lipsa BDNF determină corpul să înceapă stocarea energiei sub formă de zaharuri și grăsimi, ducând la obezitate și hiperglicemie. Prin contrast, o creștere a nivelurilor de BDNF duce la o reducere a foamei, creșterea consumului de energie și, prin urmare, la pierderea în greutate. Interesant este că acest lucru are loc chiar și atunci când proteina este injectată, făcându-l o țintă interesantă pentru cercetătorii clinici.

„Având în vedere riscul crescut de cancer asociat cu obezitatea și rezistența la insulină, această tehnologie brevetată ar putea avea un potențial terapeutic dincolo de formele genetice de obezitate.”

Dr. Cao și grupul ei de cercetare au dorit să testeze eficacitatea BDNF în combaterea obezității. Pentru a face acest lucru, au folosit modele de șoareci ale bolii, adică cele care au fost modificate genetic pentru a nu avea o proteină receptoră și care, ca rezultat, au câștigat cantități mari de greutate. Gena care codifică BDNF a fost apoi transferată la șoareci, unde a determinat apoi producerea proteinei. Totuși, acest lucru a fost ușor mai complicat decât părea pentru prima dată. Producerea continuă a proteinei BDNF ar duce la pierderea în greutate, dar ar duce la pierderea continuă în greutate - în cele din urmă depășind idealul sănătos și ducând la pierderea și slăbiciunea musculară.

E-book

impactul

Carte audio

Referințe
https://doi.org/10.33548/SCIENTIA345

Acțiune

  • Tweet
  • Distribuiți 0
  • Reddit
  • +1
  • Buzunar
  • Pinterest 0
  • LinkedIn 0
  • E-mail
  • VKontakte

Pentru a evita această problemă, cercetătorii au creat un vector genetic cu efect dublu. În cuvintele doctorului Cao, „Am dezvoltat un sistem de auto-reglare încorporat pentru a controla expresia genelor terapeutice care imită sistemele naturale de feedback ale corpului.” Cum a fost realizat acest lucru? O parte a vectorului a adus gena BDNF în organism, crescând nivelurile de proteine ​​și astfel conducând la pierderea în greutate. Cealaltă parte a produs un microARN, un mic fragment de acid nucleic care corespunde unei părți a genei BDNF. Aceste fragmente declanșează mecanismele de protecție virală în celulele animalelor superioare. Aceste mecanisme urmăresc și distrug toate ARN-urile care au aceeași secvență ca acel fragment. Deși complex, acest proces de reducere a genei este o modalitate fiabilă de a permite cercetătorilor precum Dr. Cao să oprească o genă, prevenind producerea de proteine ​​precum BDNF.

Poate părea oarecum prostesc să exprimăm continuu o genă doar pentru a o distruge direct după aceea. Cu toate acestea, activitatea porțiunii de microARN poate fi reglată separat, de exemplu, plasând-o sub controlul unui sistem care este activat la pierderea în greutate. După cum au arătat cercetătorii, acest lucru face ca BDNF să fie produs la niveluri ridicate de șoareci obezi, dar la niveluri în continuă scădere pe măsură ce au pierdut în greutate. Acest lucru a dus la o scădere rapidă a greutății corporale, dar apoi la o alunecare ușoară până la un platou durabil și sănătos. Cu alte cuvinte, vectorul de autoreglare a reușit să creeze o schimbare la șoarecii obezi care imitau procesul normal de pierdere în greutate sănătos.

Important, aceasta nu este singura utilizare pentru un astfel de vector. După cum comentează Dr. Cao, „având în vedere riscul crescut de cancer asociat cu obezitatea și rezistența la insulină, această tehnologie brevetată ar putea avea potențial terapeutic dincolo de formele genetice de obezitate”.

Rumenind ușor grăsimea

Un alt domeniu în care BDNF joacă un rol este cel al modificărilor declanșate de mediu ale obezității. De mult timp se știe că un mediu plin de lucruri interesante de văzut și de interacționat (denumit pur și simplu un mediu îmbogățit) duce la o creștere a capacității mentale și la o îmbunătățire corespunzătoare a stării generale de sănătate. Această cerință pentru îmbogățire se găsește în mod obișnuit de la șoareci la oameni, iar cercetările efectuate de dr. Cao și colaboratorii ei au arătat anterior că șoarecii care trăiesc într-un mediu îmbogățit au avut tendința de a fi mai slabi decât cei din cuștile standard, în ciuda faptului că au fost hrăniți identic.

Relația dintre pierderea în greutate și metabolism este complexă și foarte interconectată, concentrându-se mult pe acțiunile a două tipuri de țesuturi care conțin grăsimi. Cunoscute sub numele de țesut adipos alb și maro, au diferențe semnificative în rolurile lor fiziologice. Țesutul adipos maro este capabil să „decupleze” ciclul obișnuit implicat în producerea de energie celulară din grăsimile stocate. Acest lucru duce la producerea de căldură și acționează ca un mecanism important în menținerea temperaturilor în condiții de frig - în special pentru bebeluși și copii mici. Consumul de energie necuplat este deosebit de interesant pentru oamenii de știință, deoarece arde foarte multă energie foarte repede - făcându-l o țintă potențială pentru medicamentele pentru slăbit.

Cercetătorii au reușit să demonstreze că șoarecii din medii îmbogățite aveau niveluri mai ridicate de țesut adipos maro. Pe lângă faptul că aveau buzunare de celule în țesutul alb care se „rumeneau”, începeau să prezinte caracteristici tipice asociate cu grăsimea brună. Acest lucru a avut loc ca răspuns la un set complex de semnale moleculare, ele însele declanșate de semnale de mediere metabolică de la hipotalamus. Unul dintre aceste semnale a fost BDNF, iar grupul de cercetare a reușit să demonstreze că expresia crescută a proteinei a fost capabilă să reproducă efectele observate la șoarecii îmbogățiți - o schimbare generală către țesutul adipos brun și o pierdere în greutate ulterioară. Inhibarea acestei semnalizări BDNF a inversat efectul, arătând cât de vitală a fost proteina pentru proces.

Cu alte cuvinte, grupul de cercetare al doctorului Cao a demonstrat cu succes existența unei noi conexiuni în rețeaua metabolică. Mediile interesante și îmbogățite au declanșat producerea de BDNF în interiorul hipotalamusului, ceea ce a dus la „rumenirea” țesutului care conține grăsime și la scăderea ulterioară a greutății.

Stiluri de viață îmbogățitoare

Rolul pe care îl joacă un mediu îmbogățitor este surprinzător de variat, afectând o serie de factori legați de sănătatea noastră generală. Dr. Cao și colegii săi au arătat că prezența unui mediu îmbogățitor nu este legată doar de activitatea metabolică și de scăderea în greutate, dar poate contribui, de asemenea, la reducerea riscului de cancer.

Cancerul este o boală în care mediul microscopic al celulei tumorale are efecte incredibil de variate asupra evoluției generale a bolii. Deși mulți cercetători s-au concentrat asupra factorilor celulari care determină progresia cancerului, puțini au examinat rolul mediului în ansamblu - spațiul social și de locuit în care trăiește pacientul.

Grupul doctorului Cao a analizat mai întâi creșterea tumorilor implantate la șoareci care trăiesc în medii îmbogățite sau normale. Ei au descoperit că șoarecii care trăiesc în medii îmbogățite au redus dimensiunea tumorii, ratele de creștere și progresia către etape ulterioare. Acest lucru a fost destul de surprinzător și, astfel, grupul a încercat apoi să determine mecanismele moleculare din spatele acestui lucru.

Experimente ulterioare folosind celule cultivate crescute în sticle au arătat că serul de sânge de la șoareci îmbogățiți a fost, de asemenea, capabil să inhibe creșterea celulelor canceroase în afara corpului. În același timp, serul a prezentat un nivel semnificativ redus al moleculei de semnalizare leptină. Acest hormon are mai multe roluri diferite, dar unul dintre cele mai importante este controlul metabolismului, acționând prin semnalizare în hipotalamus.

Vă puteți aminti că BDNF este produs în hipotalamus și, într-adevăr, cercetătorii au reușit să arate din nou că BDNF a fost mai abundent la șoarecii care trăiesc în condiții îmbogățite. Alte experimente genetice au reușit să demonstreze că expresia crescândă a BDNF este protejată împotriva creșterii tumorii, șoarecii cu conținut ridicat de BDNF având o creștere tumorală mai lentă chiar și atunci când trăiesc în condiții standard. Și mai convingător, eliminarea BDNF a eliminat efectul de reducere a tumorii observat atunci când trăim în condiții îmbogățite.

Pe baza acestor informații, cercetătorii au reușit să concluzioneze că BDNF joacă un rol crucial în a permite mediului exterior să îmbunătățească rezultatele bolii și să reducă progresia cancerului.

Ilustrarea hipotalamusului din creierul uman

Mergând înainte

Cercetările efectuate de grupuri precum Dr. Cao au început doar să zgârie suprafața interacțiunilor dintre mediu și biochimia noastră internă. Cercetătorii intenționează să extindă aceste descoperiri inițiale, în special în domeniul prevenirii tumorii. Dr. Cao notează: „Am extins această lucrare la mai multe modele de tumori solide, inclusiv cancer de colon, cancer de sân, cancer pancreatic, cancer pulmonar, melanom și gliom. În plus, am observat un efect anti-leucemie robust al îmbogățirii mediului.

Rezultatul acestei lucrări rămâne de văzut. Cu toate acestea, dacă eforturile anterioare sunt de urmat, vom vedea în curând o serie de descoperiri noi care curg din laboratoarele îmbogățite ale doctorului Cao și colaboratori.

Faceți cunoștință cu cercetătorul

Dr. Lei Cao
William C și Joan E Davis Profesor de cercetare a cancerului
Centrul cuprinzător al cancerului de la Universitatea de Stat din Ohio
James Cancer Hospital și Solove Research Institute
Ohio, OH
Statele Unite ale Americii

Dr. Cao este în prezent angajat la Comprehensive Cancer Center, Ohio State University. Cariera sa de cercetare a început la Academia de Științe din China, urmată de burse de cercetare la Universitatea din Freiburg și Universitatea Thomas Jefferson. După această perioadă de călătorie și aventură, s-a stabilit în locația sa actuală la Universitatea de Stat din Ohio în 2006. Cercetarea sa este efectul stimulilor de mediu asupra sistemului nervos central și efectul ulterior asupra proceselor biologice și a patologiei bolii. O carieră de mare succes a dus la apariția publicațiilor într-o serie de reviste de prestigiu, inclusiv Cell, Nature Medicine, Nature Genetics și Cell Metabolism.

A LUA LEGATURA

FINANȚAREA

National Institutes of Health granturi AG041250, CA166590, CA178227 și CA163640

Referințe:

L Cao, E Y Choi, X Liu, A Martin, C Wang, X Xu, MJ În timpul, Comutatorul fenotipic de grăsime de culoare albă până la maro indus de activarea genetică și de mediu a axei hipotalamo-adipocite, Metabolism celular, 2011, 14, 324-38.

L Cao, ED Lin, MC Cahill, C Wang, X Liu, MJ In timpul, Terapia moleculară a obezității și diabetului printr-o abordare fiziologică autoreglare, Nature Medicine, 15, 2009, 447-454.

L Cao, X Liu, ED Lin, C Wang, EY Choi, V Riban, B Lin, MJ În timpul, Activarea de mediu și genetică a axei creier-adipocit BDNF/leptină determină remisia și inhibarea cancerului, Cell, 2010, 142, 52 –64.