Американские ученые провели эксперимент с использованием методов оптогенетики на мышах: им удалось выяснить, как именно активность нейронов дугообразного ядра гипоталамуса регулирует пищевое поведение. В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, сообщается, что аппетит животных снижается при активации нейронов, экспрессирующих анорексигенные пептиды, но повышается при совместной активации клеток, отвечающих за экспрессию и подавляющих, и понижающих аппетит пептидов.
За регуляцию пищевого поведения отвечает работа двух видов пептидергических (использующих в качестве основного медиаторы пептиды, которые синтезируются в соме) нейронов дугообразного ядра гипоталамуса. Первый вид нейронов экспрессирует полипептид проопиомеланокортин и обладает анорексигенными свойствами (подавляет аппетит), а за работу второго вида нейронов, орексигенных (то есть возбуждающих аппетит), отвечает экспрессия нейропептидов AgPR и Y.
О том, как именно два типа таких нейронов взаимодействуют в рамках влияния на аппетит, известно мало. Изучить этот вопрос подробнее решили ученые из Мичиганского университета под руководством Цяна Вэя (Qiang Wei). Для этого они провели эксперимент на мышах с использованием методов оптогенетики — внедрения в мембрану нервных клеток светочувствительных рецепторов опсинов. В этом эксперименте ученые использовали каналродопсин-2 (ChR2) — возбуждающий опсин, который активируется под воздействием света с длиной волны 470 нанометра (примерно соответствует синему). Его внедрили в мембрану анорексигенных нейронов дугообразного ядра, экспрессирующих проопиомеланокортин (POMC-нейроны), а также в AgPR-нейроны.
Ученые проверили, как активация POMC-нейронов воздействует на аппетит мышей. Для этого они не кормили их в течение четырех часов до начала эксперимента, а затем предоставляли доступ к еде, активируя внедренные в мембраны опсины лазером. Исследователи выяснили, что активация POMC-нейронов значительно снижает аппетит мышей: с активированными анорексигенными нейронами они съели примерно на 0,25 грамма на 100 граммов веса еды меньше при среднем аппетите в 0,8 грамма на 100 граммов веса. Также ученые решили измерить концентрацию бета-эндорфина — нейропептида из группы эндорфинов, известные своими анальгезирующими свойствами, который синтезируется во многом благодаря работе POMC-нейронов. Для этого они провели поведенческий болевой тест с использованием горячей пластины, к которой прижимали лапки мышей. В качестве основного показателя уровня боли ученые измеряли частоту зализывания лап: при активации POMC-нейронов она снижалась в два раза.
Затем ученые активировали одновременно POMC- и AgPR-нейроны, то есть и анорексигенные и орексигенные клетки. Такая активация привела к сильному повышению аппетита: мыши стали есть на 1,5 грамма на 100 граммов веса корма больше (то есть масса поглощаемой пищи увеличилась почти втрое). Частота зализывания лап в тесте с горячей пластиной также повышалась, что говорит о том, что POMC-нейроны были активны. Интересно, что у этих мышей тягу к еде удалось снизить благодаря использованию налоксона — антагониста опиоидных рецепторов.
Ученые пришли к выводу, что снизить аппетит мышей можно с помощью активации анорексигенных нейронов, а повысить — селективной активацией и анорексигенных, и орексигенных нейронов, причем в этом случае активность вторых будет играть бóльшую роль. Снижение аппетита за счет использования налоксона говорит о том, что опиоидная система также играет важную роль в контроле аппетита. Кроме того, ученые отметили, что результаты проведенной ими работы говорят о том, что для эффективного контроля аппетита на клеточном уровне необходимо использовать не ингибирование орексигенных нейронов, а, наоборот, — активацию нейронов анорексигенных.
Методы оптогенетики часто используют в экспериментах с модельными организмами. Например, недавно с помощью него американские и израильские ученые выяснили, что самцам плодовой мушки дрозофилы фруктовой доставляет удовольствие процесс эякуляции, причем даже при отсутствии самки.
Елизавета Ивтушок