Почему одни люди любят заниматься спортом, а другие ненавидят? Большинство людей предположило бы, что все это связано с генетикой, но новое исследование на мышах, проведенное Медицинским колледжем Бэйлора, впервые показывает, что другой молекулярный уровень регуляции - эпигенетика - играет ключевую роль в определении врожденного стремления человека к упражнениям. Эпигенетика относится к молекулярным механизмам, которые определяют, какие гены включаются или выключаются в различных типах клеток. Поскольку эпигенетические механизмы по своей природе более податливы, чем генетические, результаты предлагают потенциальный способ помочь «запрограммировать» людей получать удовольствие от большей физической активности.
Сегодня в журнале Nature Communications исследователи из Бэйлора и их коллеги сообщают об удивительном создании «эпигенетической домоседы». Они обнаружили, что в нейронах в части мозга, называемой гипоталамусом, изменения в метилировании ДНК - добавление метильных химических меток в ДНК - оказывают большое влияние на уровни произвольного поведения при выполнении упражнений.
«Мы изучаем программирование развития, которое относится к тому, как окружающая среда во время развития может иметь долгосрочное влияние на риск заболевания», - сказал соответствующий автор, доктор Роберт А. Уотерленд, профессор педиатрии и питания в USDA. / Исследовательский центр детского питания ARS в Детской больнице Бейлора и Техаса.
За последние несколько лет исследователи изучили различные модели мышей, чтобы понять программирование развития энергетического баланса, то есть баланса потребляемых калорий и сжигаемых. Длительный положительный энергетический баланс приводит к ожирению. Примечательно, что независимо от того, было ли раннее влияние окружающей среды задержкой роста плода, перееданием младенцев или физическими упражнениями матери во время беременности, долгосрочное влияние на энергетический баланс всегда было связано с постоянными изменениями в физической активности, а не в потреблении пищи.
«Наши более ранние результаты показали, что на установление «заданной точки» физической активности может влиять окружающая среда в раннем возрасте, и что это может включать эпигенетику», - сказал Уотерленд, который также является профессором молекулярной генетики и генетики человека. член Комплексного онкологического центра Дэна Л. Дункана в Бэйлоре.
Как мозг регулирует энергетический баланс тела
В текущем исследовании Уотерленд и его коллеги разработали эксперимент, чтобы напрямую проверить, влияет ли метилирование ДНК в мозге на энергетический баланс. Они сосредоточились на гипоталамусе, области мозга, играющей центральную роль в энергетическом балансе, и, в частности, изучили специализированное подмножество гипоталамических нейронов, называемых нейронами AgRP, известных своей ролью в регулировании потребления пищи.
Исследователи нарушили метилирование ДНК в нейронах AgRP, отключив ген Dnmt3a. Dnmt3a отвечает за добавление метильных групп к ДНК, особенно в головном мозге в раннем постнатальном периоде жизни. Результаты показали, что действительно метилирование ДНК было резко снижено в нейронах AgRP этих мышей. Затем исследователи проверили, набрали ли эти животные вес или похудели по сравнению с нормальными мышами.
«Мы ожидали, что вмешательство в метилирование ДНК в нейронах AgRP приведет к серьезным изменениям в весе животных», - сказал доктор Гарри Маккей, научный сотрудник лаборатории Уотерленда и первый автор исследования. «Однако несколько разочаровывает тот факт, что мыши с дефицитом Dnmt3a были лишь немного толще, чем те, у которых не было дефицита».
Но когда исследователи изучили причину этого изменения энергетического баланса, все стало еще интереснее. Команда ожидала обнаружить различия в потреблении пищи между нормальными мышами и мышами с дефицитом Dnmt3a. Но их не было. Вместо этого они обнаружили большую разницу в спонтанных физических упражнениях.
Исследователи помещали беговые колеса в клетки животных на восемь недель и измеряли, сколько они бегают каждую ночь. Нормальные самцы мышей пробегали около 6 км (3, 7 миль) каждую ночь, но мыши с дефицитом Dnmt3a бегали вдвое меньше и, соответственно, теряли меньше жира. Важно отметить, что подробные исследования на беговой дорожке показали, что, хотя они бегают вдвое меньше, чем нормальные мыши, мыши с дефицитом Dnmt3a способны бегать точно так же. У них были способности, но не было желания.
«Наши результаты показывают, что эпигенетические механизмы, такие как метилирование ДНК, которые устанавливаются в мозге во время внутриутробного или раннего постнатального периода жизни, играют важную роль в определении индивидуальной склонности к физическим упражнениям», - сказал Уотерленд. «В настоящее время, когда снижение физической активности способствует всемирной эпидемии ожирения, становится все более важным понять, как все это работает."
Другие авторы, внесшие свой вклад в эту работу, включают Гарри Маккея, К. Энтони Скотта, Джека Д. Дурьеа, Марию С. Бейкер, Элеонору Ларицкую, Марту Л. Фиоротто, Руи Чена, Юмей Ли и Кристиана Коарфа (Колледж Бейлора). Лекарственное средство); Аманда Э. Элсон и Ричард Б. Саймерли (Университет Вандербильта) и Теодор Гарланд-младший (Калифорнийский университет в Риверсайде).