Studiile descoperă că nivelurile scăzute de cupru celular fac să îngrășeze celulele adipoase prin modificarea modului în care procesează principalii lor combustibili metabolici, cum ar fi grăsimile și zahărul.

celulele

Legenda imaginii: Celulele adipoase cu deficit de cupru au crescut până la dublul dimensiunii adipocitelor normale

Credit: Haojun Yang

De Beatriz Vianna

/ Publicat 19 octombrie 2018

În studiile celulelor de șoarece, cercetătorii Johns Hopkins au descoperit că nivelurile scăzute de cupru celular par să îngrășeze celulele grase prin modificarea modului în care celulele procesează principalii lor combustibili metabolici, cum ar fi grăsimea și zahărul. Descoperirea, spun ei, se adaugă dovezilor că homeostazia cuprului ar putea fi într-o zi o țintă terapeutică pentru tulburările metabolice, inclusiv obezitatea.

Cercetătorii avertizează că, deși au fost raportate legături între cupru și obezitate la om, trebuie depuse mai multe eforturi pentru a înțelege mai bine conexiunea. În lumea occidentală, deficitul alimentar de cupru nu este comun, cu excepția sarcinii, iar principalele riscuri pentru sănătate sunt asociate cu tulburări genetice ale dezechilibrului cuprului. O dietă care conține legume, nuci și chiar ciocolată conține de obicei suficient cupru pentru a menține un nivel sănătos de cupru.

Cuprul este esențial pentru biologia umană și ajută la facilitarea multor procese, inclusiv formarea de pigmenți în culoarea părului și a ochilor și a vaselor de sânge noi. Mineralul este, de asemenea, important pentru cunoaștere. Dezechilibrele de cupru au fost asociate cu mai multe tulburări neurologice, iar nivelurile modificate de cupru au fost legate de depresie și modificări ale modului de somn, spune Svetlana Lutsenko, profesor de fiziologie la Școala de Medicină a Universității Johns Hopkins și cercetător principal în studiu.

„Am văzut din nou și din nou că, atunci când există un dezechilibru de cupru într-un țesut, există efecte semnificative asupra sănătății sale”, spune Lutsenko.

Studiul, publicat online în revista PLOS Biology, rezumă eforturile echipei de cercetare pentru a descrie rolul echilibrului cuprului în fiziologia celulelor de stocare a grăsimilor, numite adipocite. Haojun Yang, autor principal al lucrării și absolventă de fiziologie celulară și moleculară la Școala de Medicină, a abordat această întrebare ca parte a studiului ei de doctorat.

Cercetătorii au dorit să înțeleagă modul în care adipocitele folosesc cuprul. Acestea au făcut acest lucru prin creșterea precursorilor celulelor de grăsime de șoarece în laborator, care ar putea fi semnalate chimic să crească în adipocite mature - genul folosit pentru stocarea combustibilului. Cercetătorii au monitorizat absorbția celulelor de cupru și proteinele pe care le-au produs în timpul acestui proces de dezvoltare.

Lutsenko și echipa ei au constatat că în timpul maturării, adipocitele au ingerat cantitatea de cupru de două ori mai mare decât precursorii. De asemenea, au descoperit că mai multe proteine ​​care conțin cupru erau mai abundente, în special o enzimă numită amină oxidază sensibilă la semicarbazidă, sau SSAO, care a fost extraordinar de „reglată în sus”, apărând la niveluri de până la 70 de ori mai mari decât în ​​celulele precursoare. Studiile anterioare au arătat că SSAO este dependent de cupru și este unic în abundență în țesutul adipos, dar a rămas neclar modul în care nivelurile de cupru celulare afectează SSAO și modul în care activitatea SSAO este legată de metabolismul adipocitelor, spune Lutsenko. „Am fost intrigați să vedem că aceste componente s-au corelat”, spune Yang.

Pentru a testa dacă consumul de cupru al celulelor a afectat funcția SSAO, Yang a limitat disponibilitatea cuprului în timpul maturării adipocitelor. Ea a descoperit că lipsa de cupru nu a împiedicat celulele să se dezvolte în celule adipoase mature, dar, în mod neașteptat, celulele lipsite de cupru au crescut la peste două ori dimensiunea omologilor lor sănătoși și au conținut mai multe molecule grase, numite lipide, decât au făcut-o celulele care se dezvoltă în condiții adecvate de cupru.

„Acest test a arătat că cuprul este important pentru dezvoltarea sănătoasă și metabolismul adipocitelor”, spune Lutsenko.

Cercetarea obezității

Aflați despre studiile care au loc în Johns Hopkins pentru a aborda problema crescândă a națiunii cu obezitatea

Pentru a determina dacă pierderea activității SSAO dependente de cupru a fost responsabilă pentru modificarea dimensiunii și a acumulării de grăsime de către celulele lipsite de cupru, Yang a conceput celule care nu aveau enzima în întregime folosind editarea genetică și le monitorizau dezvoltarea. Când au fost induse chimic să devină celule adipoase mature, aceste celule de șoarece cultivate în laborator arătau remarcabil de asemănător cu celulele private de cupru din experimentele anterioare - au crescut până la aproximativ dublu față de celulele normale și au conținut mai multe lipide.

Acest rezultat a afirmat că nivelurile celulare de cupru sunt esențiale pentru funcția SSAO și că dezactivarea acestei enzime a determinat creșterea anormală a celulelor grase, au spus cercetătorii.

Totuși, ceea ce a rămas neclar a fost modul în care aceste celule au acumulat atâta lipidă.

„În celulele normale, aportul celor doi combustibili celulari, lipidele și zahărul, sunt echilibrate”, spune Yang. "Se pare că ceva referitor la deficiența de cupru a mutat acel echilibru către acumularea de grăsime".

Cercetătorii știau din studiile anterioare că SSAO avea efecte asemănătoare insulinei, determinând celulele să consume mai multe zaharuri. Ei au emis ipoteza că împiedicarea funcției enzimei poate forța celulele să schimbe sursa de combustibil.

Pentru a testa această ipoteză, cercetătorii au comparat profilurile proteinelor a trei linii de celule: celulele grase normale, celulele fără SSAO și celulele cu SSAO îndepărtate genetic și apoi „salvate” prin adăugarea de proteine ​​înapoi. Au căutat diferențe în expresia proteinelor și aportul de zahăr sau lipide pe măsură ce aceste celule s-au maturizat. Yang și-a repetat experimentele anterioare cu aceste celule, determinându-le să se dezvolte în celule adipoase mature și analizând compoziția proteinelor la trei, șase și nouă zile după inducție.

În general, ea a identificat 7.000 de proteine ​​care erau prezente în toate cele trei tipuri de celule. Prin restrângerea acestor rezultate la acele proteine ​​afectate de prezența SSAO funcțional, Yang a găsit modificări în abundența a aproximativ 200 de proteine ​​care toate se încadrau în 17 căi celulare care reglementau metabolismul. Cele mai semnificative modificări au fost observate pentru proteinele care au absorbit și prelucrat zahărul, care au fost mai puțin abundente, și proteinele care au facilitat absorbția și prelucrarea lipidelor care au fost mai abundente în celulele lipsite de SSAO.

„Acest lucru a arătat că SSAO este vital pentru multe funcții metabolice, inclusiv trecerea între absorbția zaharurilor și absorbția grăsimilor”, spune Yang.

Cercetătorii raportează că planifică acum studii pentru a monitoriza SSAO în fluxul sanguin al oamenilor cu boli de ficat gras și diabet, deoarece SSAO apare la niveluri crescute în sângele acestor indivizi.

„Bănuim că SSAO poate ajuta la reglarea selecției combustibilului în alte țesuturi”, spune Yang.