Мышцы оказались способны самостоятельно заботиться о своем пропитании

Ученые из Университета Техаса (США) раскрыли механизм, по которому мышцы обеспечивают себе долговременный запас энергии для работы в светлое время суток. Оказалось, что один из ключевых белков, регулирующих метаболизм в мышцах, одновременно способствует накоплению жировых запасов и увеличению концентрации циркулирующих в крови липидов, откуда мышцы в любое время могут их достать. Исследование проведено на модели мушки дрозофилы и опубликовано в журнале Current Biology.

В качестве основного источника энергии мышцы предпочитают использовать глюкозу, но когда она заканчивается, в ход идут жиры. Во время физической активности, когда глюкоза быстро истощается, отдается команда поглощать из крови жирные кислоты и утилизировать их. Ключевой белок, который отвечает за этот метаболический переход — транскрипционный фактор Foxo. Существует несколько разновидностей этого белка, однако, как выяснили американские ученые, именно вариант, работающий в мышцах, не только запускает расход жиров, но и заблаговременно обеспечивает пополнение запасов.

В качестве модели для изучения взаимодействия мышц и жировой ткани ученые в очередной раз выбрали плодовую мушку Drosophila melanogaster. Во-первых, почти для всех участников регуляции жирового обмена у мух имеются соответствующие аналоги у млекопитающих, а во-вторых, мухи — очень удобный объект для генетических манипуляций, и у них можно легко выключить или активировать интересующий ген. Воспользовавшись этой возможностью, авторы работы подавили активность гена, кодирующего белок Foxo в мышцах. Основной резерв жиров у мух находится в специальном органе — жировом теле, и исследователи обнаружили, что с выключением Foxo объем запасов в жировом теле уменьшился почти вдвое. Уменьшилось и количество циркулирующих липидов в «крови» мушек, которая выступает в роли свободного пула жирных кислот, откуда мышцы могут быстро их усвоить. При этом выключение Foxo непосредственно в жировом теле (а не в мышцах) никак не повлияло на объем запасов. Таким образом, авторы сделали вывод, что именно мышцы контролируют наличие энергетических резервов в периферических тканях. Интересно, что мухи с выключенным Foxo существенно больше ели, по-видимому, пытаясь восполнить жировые резервы, и были гиперактивны.

На следующем этапе работы исследователи выяснили, как именно Foxo контролирует расход жиров. Оказалось, что у мух с выключенным Foxo существенно повышен уровень гормона AKH — аналога глюкагона у млекопитающих. Глюкагон в некотором смысле является антагонистом инсулина и активирует реакции катаболизма, то есть расщепления питательных веществ в клетках. Сигналом, запускающим выброс глюкагона, оказалась молекула, аналогичная по функциям лептину — центральному регулятору метаболизма жиров у нас в организме. Его экспрессия также была повышена у мутантных мух. Получается, что мутантные мухи очень быстро тратили все свои запасы, что в итоге приводило к уменьшению количества липидов, доступных для мышц в данный момент.

Таким образом, авторы работы установили, что мышцы сами по себе осуществляют контроль над энергетическими резервами организма, влияя на центральную гормональную регуляцию обмена жиров через белок Foxo. Другими словами, мышцы не просто пассивный потребитель энергии, но и орган, активно участвующий в создании резервов «на черный день». Дополнительно авторы установили, что описанный регуляторный каскад работает только в светлое время суток, то есть в то время, когда возможна физическая активность.

Эта работа — не единственный пример, когда мушки становятся модельным объектом для изучения ожирения. Например, недавно мы писали, что у дрозофилы открыли новый механизм контроля аппетита. Почитать же о том, как еще мышцы контролируют различные процессы в организме, можно в подробном обзоре на «Элементах».