Cum arde celulele grase bej în calorii

Se știe de zeci de ani că temperaturile scăzute pot stimula celulele adipoase specializate să ardă energie pentru a produce căldură. Dar un studiu recent al Universității din San Francisco a descoperit o nouă cale de producere a căldurii în celulele adipoase care funcționează prin arderea excesului de glucoză din sânge, ceea ce poate indica noi abordări pentru tratarea tulburărilor metabolice precum obezitatea sau diabetul de tip 2.

Aceste rezultate, publicate în revista științifică Nature Medicine [1], reprezintă o schimbare de paradigmă în înțelegerea oamenilor de știință despre modul în care mamiferele își transformă rezervele de grăsime în căldură.

Toate mamiferele, inclusiv oamenii, folosesc celule grase albe pentru stocarea energiei, dar au și depozite de grăsime brună care arde energia stocată pentru căldură. Bebelușii umani se nasc cu grăsime brună ca apărare naturală împotriva frigului, iar animalele care hibernează ca urșii acumulează depozite mari de grăsimi brune din același motiv. Cu toate acestea, adulții umani nu au de obicei multe grăsimi brune.

În 2015, laboratorul Kajimura a identificat un nou tip de grăsime la omul adult [2] - numit grăsime „bej” - care se află în buzunare în interiorul țesutului adipos și poate transforma grăsimea albă, ca reacție la frig și alte stresuri. În studiile ulterioare, cercetătorii au arătat că șoarecii care aveau mai multe grăsimi bej erau protejați de diabetul și obezitatea indusă de dietă [3] prin arderea caloriilor generatoare de căldură, animalele putând evacua mai ușor excesul de grăsime albă proastă. Cu toate acestea, mecanismele prin care aceste celule transformă energia în căldură nu erau cunoscute.

„Am găsit acum această nouă modalitate prin care grăsimea bej produce căldură”, spune Kajimura. Am fost foarte incantati nu numai pentru stiinta, dar, de asemenea, pentru potentialul terapeutic al acestei descoperiri de a trata obezitatea si diabetul de tip 2.

Există mai multe modalități de a genera căldură

Când ești rece, mușchii îți tremură de căldură, dar cu expunere mai lungă la temperaturi scăzute, corpul tău are nevoie de alte modalități de a te încălzi.

De câțiva ani, cercetătorii au încercat să înțeleagă modul în care corpurile noastre transformă depozitele noastre de energie în căldură, studiind modul în care funcționează o proteină numită proteina de decuplare 1 (UCP1). Această proteină se găsește doar în celulele de grăsime maro și bej și funcționează prin redirecționarea fluxului de energie al mitocondriilor, centrele celulare, astfel încât acestea produc căldură mai degrabă decât energie disponibilă biologic.

La multe mamifere, UCP1 este responsabil pentru producerea căldurii ca răspuns la nevoile mediului înconjurător, fără a determina mușchii să tremure: activitatea sa se aprinde cu temperaturi scăzute la fel ca după supraalimentare. Cu toate acestea, unele specii, cum ar fi porcii, nu au o proteină UCP1 funcțională, dar sunt în continuare capabile să rămână calde în medii reci. Aceasta este ceea ce i-a făcut pe cercetători să se întrebe dacă nu există un alt mecanism care să implice capacitatea grăsimilor maro și bej de a produce căldură.

În studiile anterioare, echipa a eliminat proteina UCP1 de la șoareci care aveau niveluri de grăsime bej dincolo de normal și au descoperit că animalele erau încă rezistente la diabet și obezitate cauzate de dietă, demonstrând că efectele benefice ale grăsimii bej erau complet independente de UCP1. „Acest lucru a fost foarte surprinzător din punct de vedere conceptual, deoarece UCP1 a fost singura proteină termogenă cunoscută de peste douăzeci de ani”, spune Kajimura.

Cercetătorii au descoperit un nou mecanism pe care celulele grase bej îl pot folosi pentru a produce căldură atunci când sunt expuse la temperaturi scăzute, care implică activarea unei perechi de proteine numite receptori SERCA2b și ryanodină 2 (RyR2).

În mod normal, aceste proteine sunt responsabile pentru controlul disponibilității calciului, un ion esențial în celulele adipoase. Atunci când nivelurile de calciu sunt prea mari, proteina SERCA2b poate folosi energia pentru a pompa excesul de calciu în locurile de stocare din interiorul celulelor. Apoi, când nivelul de calciu din celule a scăzut, RyR2 acționează ca o supapă pentru a elibera o parte din acele depozite de calciu stocate. Dar în condiții de frig, echipa de cercetători a descoperit că celulele pot activa ambele proteine în același timp. Este ca și când reporniți motorul unei mașini trimițând clapeta de accelerație și frânând în același timp, principala consecință este de a genera multă căldură și de a consuma mult combustibil - aici glucoza.

Cercetătorii au descoperit că acest proces poate arde atât de mult glucoză încât încetinirea activității SERCA2b în celulele de grăsime bej ale șoarecilor au afectat utilizarea glucozei din organism, sugerând potențiale aplicații în prevenirea diabetului de tip 2, care se crede că este declanșat parțial pe termen lung niveluri ridicate de glucoză în sânge.

„Am constatat că grăsimea bej arde glucoza folosind proteina SERCA2b și asta explică multe”, spune Kajimura. Acest lucru explică de ce șoarecii au devenit diabetici atunci când am redus grăsimea bej, dar întreruperea proteinei UCP1 nu a cauzat diabet, motiv pentru care șoarecii sunt protejați împotriva diabetului în prezența mai multor grăsimi bej.

Un mecanism evolutiv conservat

Experimentele de laborator cu celule de grăsime bej izolate de la porci și oameni au arătat că șoarecii nu sunt singurii care folosesc proteina SERCA2b pentru a transforma excesul de glucoză în căldură, deși nu se știe. pe UCB1 care domină în grăsimea bej a oamenilor.

Descoperirea că grăsimea bej are mai mult de un mecanism pentru a face față frigului are sens evolutiv: „Termoreglarea este atât de importantă pentru viață încât trebuie să existe mai multe mecanisme, ca și la porcii care nu au o proteină UCP1 funcțională”, explică oamenii de știință.

De fapt, la om există o boală numită hipertermie malignă, în care mutațiile genelor receptorilor ryanodinei 1 - forma receptorilor de ryanodină utilizați în mușchi - care provoacă hipertermie în mușchi, care arată că un mecanism asociat ar putea fi implicat.

Astfel, cercetătorii sunt foarte încântați că pot folosi medicamente - sau chiar suplimente nutritive - pentru a activa proteina SERCA2b în grăsimea bej, în speranța că îmbunătățește capacitatea organismului de a utiliza glucoza la pacienții cu diabet zaharat de tip 2 sau obezi, precum și pentru a ajuta pacienții cu afecțiuni precum hipertermia malignă care perturbă reglarea normală a temperaturii.

De exemplu, consumul de ghimbir este cunoscut pentru a încălzi corpul, spune Kajimura, dar mecanismul este prost înțeles. Există unele dovezi care sugerează că gingerolul sau extractul de ghimbir activează proteinele SERCA, ceea ce ar putea reprezenta oportunități viitoare interesante pentru oamenii de știință care testează gingerolul ca o modalitate de a stimula grăsimea bej pentru arsură.

Referințe:

[1] Semnalizarea independentă de UCP1 care implică ciclul de calciu mediat de SERCA2b reglează termogeneza grăsimilor bej și homeostazia sistemică a glucozei. Medicina naturii.

[2] Caracterizarea genetică și funcțională a adipocitelor brune umane adulte derivate clonal. Medicina naturii.

[3] Fosfoproteomica identifică CK2 ca un regulator negativ al termogenezei adipocite bej și al cheltuielilor energetice. Metabolismul celular, 2015.