UT Исследователи из Юго-Запада обнаружили ключевой фактор перекрестных помех, который помогает синхронизировать поглощение питательных веществ в кишечнике с ритмами светового цикла Земли.
Их результаты могут иметь далеко идущие последствия для ожирения в богатых странах и недоедания в бедных странах.
В исследовании, опубликованном на этой неделе журналом Science, доктор Лора Хупер и ее исследовательская группа обнаружили, что комменсальные, или хорошие, бактерии, живущие в кишечнике млекопитающих, программируют метаболические ритмы, которые регулируют усвоение организмом пищевых продуктов. толстый. Доктор Хупер, заведующий кафедрой иммунологии и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза, является старшим автором исследования.
Исследование также показало, что микробы программируют эти так называемые циркадные ритмы, активируя белок под названием гистондеацетилаза 3 (HDAC3), который вырабатывается клетками, выстилающими кишечник. Эти клетки действуют как посредники между бактериями, помогающими переваривать пищу, и белками, обеспечивающими усвоение питательных веществ.
Исследование, проведенное на мышах, показало, что HDAC3 включает гены, участвующие в поглощении жира. Они обнаружили, что HDAC3 взаимодействует с механизмом биологических часов в кишечнике, чтобы улучшить ритмичные приливы и отливы белков, которые улучшают усвоение жира. Эта регуляция происходит в дневное время у людей, которые едят днем, и ночью у мышей, которые едят ночью.
Микробиом на самом деле связывается с нашим метаболическим механизмом, чтобы сделать поглощение жира более эффективным. Но когда жира слишком много, эта связь может привести к ожирению. Происходит ли то же самое у других млекопитающих, включая человека, является предметом будущих исследований», - добавил ведущий автор доктор Чжэн Куанг, научный сотрудник лаборатории Хупера.
Чтобы вернуться в прошлое, история действительно начинается с нескольких мышей и перекрестных помех между двумя лабораториями в UT Southwestern.
Доктор. Хупер, управляющий университетской колонией безмикробных мышей, выращенных в среде, где нет микробов, также является профессором иммунологии и микробиологии и членом Центра генетики защиты хозяина. Она занимает почетную кафедру иммунологии имени Джонатана У. Ура и является стипендиатом Нэнси Кейн и Джеффри А. Маркуса в области медицинских исследований в честь Билла С. Вауэлла.
Модификации гистонов, производимые такими ферментами, как HDAC3, контролируют экспрессию генов, которые, в свою очередь, производят белки, выполняющие работу клетки. Не так давно лаборатория Хупера решила провести исследование модификаций гистонов на мышах, которые, казалось, возрастали и уменьшались вместе с циркадными ритмами.
Сравнивая нормальных, зараженных бактериями мышей со стерильными, исследователи обнаружили, что некоторые модификации гистонов, в том числе те, которые производятся HDAC3, были циркадными у нормальных мышей, но сохранялись на неизменном уровне у стерильных мышей.
Именно тогда д-р Хупер связался с д-ром Эриком Олсоном, заведующим кафедрой молекулярной биологии и директором Центра регенеративной науки и медицины Хамона, который проводил исследования HDAC3 в другой ткани, сердце. Две лаборатории совместно разработали мышь, у которой отсутствовал HDAC3 только в слизистой оболочке кишечника.
Мыши, которых они произвели, казались ничем не примечательными при питании обычной пищей. Однако, когда исследователи кормили мышей пищей с высоким содержанием жиров и сахара, похожей на ту, которая обычно употребляется в Соединенных Штатах, они обнаружили нечто совершенно иное..
«Мы называем это диетой из нездоровой пищи. Я описываю это так, как если бы вы проехали через ресторан быстрого питания, купили гамбургер и картошку фри, а затем остановились в магазине пончиков», - сказала она.«Большинство мышей на этой диете страдают ожирением. К нашему удивлению, те, у которых не было HDAC3 в слизистой оболочке кишечника, смогли питаться пищей с высоким содержанием жиров и сахара и оставаться стройными».
Затем они сравнили мышей с дефицитом HDAC3 и мышей без микробов. Исследователи обнаружили, что обе группы мышей показали одинаковые плоские неритмичные модификации гистонов, что подтверждает важность HDAC3 в циркадных ритмах.
Каждая клетка тела имеет молекулярные часы, которые управляют телесными процессами. Исследование на мышах показало, что HDAC3 прикрепляется к механизму клеточных часов, чтобы обеспечить максимальное поглощение жира, когда млекопитающие бодрствуют и едят.
"Наши результаты показывают, что микробиом и циркадные часы эволюционировали, чтобы работать вместе, чтобы регулировать обмен веществ", - сказала она.
Почему система эволюционирует, чтобы сделать нас толстыми? Доктор Хупер считает, что он мог эволюционировать, чтобы позволить млекопитающим эффективно использовать энергию для повышения иммунитета в условиях нехватки пищи.
«Вероятно, это регулирующее взаимодействие не привело к ожирению, но в сочетании с современными диетами, богатыми калориями, возникает ожирение», - сказала она, добавив, что это предположение, и команда все еще работает над тем, чтобы понять все. компоненты пути.
Наши результаты также показывают, что нарушение взаимодействия между микробиотой и биологическими часами может сделать нас более склонными к ожирению. Эти нарушения часто происходят в современной жизни, когда мы принимаем антибиотики, работаем в ночную смену или путешествуем по миру. Но мы думаем, что наши результаты могут в конечном итоге привести к новым методам лечения ожирения - и, возможно, недоедания - путем изменения бактерий в нашем кишечнике».