Невролозите от Медицинското училище в Университета Туфтс в Бостън, Масачузетс, САЩ, са използвали редактирането на генома на CRISPR, за да идентифицират невронна верига в хипоталамуса като основен механизъм за посредничество на ефекта на затлъстяването и антидиабетния ефект на хормона лептин и са идентифицирали два различни механизми, залегнали в основата на инхибирането на апетита от лептин.

Въпреки че награденото му откритие трансформира изследването на затлъстяването преди повече от 20 години, механизмите на лептина остават загадка. Секретира се от белите мастни клетки, лептинът действа в мозъка на хората и много други животни като сигнал за ситост за намаляване на апетита и поддържане на стабилно тегло и нива на кръвната захар.

Дисрегулацията на лептина или неговите рецептори води до ненаситен апетит и преяждане (хиперфагия), затлъстяване и диабет тип 2 (представляващ около 91% от диагностицирания диабет при възрастни в САЩ, засягащ около 21 милиона души). Добавките с лептин обикновено са неефективни за тези заболявания, тъй като по неизвестни причини повечето хора със затлъстяване са устойчиви на лептин и клиничното приложение на лептина остава ограничено въпреки голямо проучване.

"Въпреки че е известно, че лептиновите рецептори се експресират в много типове неврони, обширни изследвания не са разкрили конкретна група неврони, които медиират първичните ефекти на лептина или участващите молекулярни механизми. Дори и да съществува тази специфична група неврони, това също е противоречиво . Без да се идентифицира действителната цел, върху която лептинът работи, е трудно да се проучи пътя му или дори ефективно да се провери някаква хипотеза ", заявява водещият автор на статията Донг Конг, асистент по неврология в училището. Tufts Medicine.

"Нашето механистично проучване дава важна представа за основните въпроси - как работи лептинът и как се развива резистентността към лептин - и превръщането на лептина в по-клинично използваема молекула за борба със затлъстяването и диабета. Надяваме се също, че нашата изследователска стратегия и генетични инструменти вдъхновяват други изследователи от невробиологичните и метаболитни области ".

За да търсят лептинови цели в мозъка, Конг и неговият екип започнаха своите изследвания, базирани на често пренебрегваното откритие, че лептинът коригира диабет тип 1 по независим от инсулина начин, успешно предотвратявайки проблема с чувствителността към лептин. Изследователите на Tufts са индуцирали диабет при възрастни мишки без наднормено тегло с лекарството стрептозотоцин (STZ), което разгражда панкреатичните бета-клетки и спира производството на инсулин и лептин, а след това широко картографира мозъчната активност на невроните.

ОБРАТЕН ДИАБЕТ

"Открихме, че AgRP [свързаните с гути неврони, произвеждащи] неврони в хипоталамуса са изключително активни при тези мишки и подозирахме, че причиняваният от STZ дефицит на лептин причинява това. Бяхме развълнувани, когато успешно използвахме лептин за инхибиране на невроните. AgRP и бързо обръщане на диабета ", разказва съавторът на статията Кристофър Бартоломе, студент в програмата по неврология в Школа за висши биомедицински науки в Туфтс, където Конг също е член на факултетите по неврология и клетъчна, молекулярна биология.

Ранните изследователи на лептин предполагат, че AgRP невроните могат да бъдат директна цел за хормона. По-късно обаче повечето учени отхвърлят тази идея, тъй като премахването на лептиновите рецептори на AgRP невроните с помощта на популярната система за редактиране на гени Cre-LoxP не може да възпроизведе нито затлъстяването, нито диабета, открит при мишки, отглеждани с липса на рецептори за лептин. Конг и неговият екип се чудеха дали хроничното затлъстяване и диабетът, присъстващ при такива мишки от раждането, може да попречи на работата на лептина.

За да потвърдят, че лептинът наистина е насочен към AgRP невроните, което е превишило преобладаващото мнение, невролозите на Tufts разработиха нова технология за редактиране на генома CRISPR, която използва адено-свързан вирус за транспортиране на РНК, за да отстрани специално рецепторите. Leptin Neuron AgRP при мишки за млади възрастни.

Способността на технологията да се насочва към възрастни е важна, тъй като AgRP невроните по време на развитието са известни като податливи на шокове, понякога свързани с редактиране на гена Cre-Lox, чувствителност, която може да обясни защо предишни проучвания, използващи техники Cre-LoxP, не са имали ефект върху телесното тегло.

"Открихме, че отстраняването на лептинови рецептори върху AgRP невроните индуцира изразено затлъстяване и диабет и значително отслабва антибесните и антидиабетните ефекти на лептина. Това демонстрира, че AgRP невроните представляват основното място в мозъка, за да посредничат ефектите на лептина", казва Конг, който беше ранен възприемач на техниките на CRISPR. Щамът инхибира AgRP невроните преди и постсинаптично.

Изследователите не само идентифицират AgRP като основната невронна цел за лептин в мозъка и важен фокус за развитието на затлъстяване и лечението на диабет, но също така откриват два различни механизма, чрез които лептинът инхибира тези неврони: единият е пресинаптик механизъм, при който невроните, които секретират мощния невроинхибитор GABA, инервират AgRP невроните, за да медиират острите ефекти на лептина при хранене, а другият постсинаптичен механизъм, при който се изисква нуклеотидно-чувствителен калиев канал, прием на храна и кръвна захар.

„Тези открития са много важни, защото пълното разбиране на невронната основа на ефектите на лептина може да помогне за по-доброто разбиране на причините за затлъстяването, лептиновата резистентност и най-важното за разработването на терапии, базирани на механизми.“ Казва съавторът на статията Jie Xu, постдокторант в лабораторията на Конг.

  • -->

    • хормонът