Организм сжигает бурый жир для выработки тепла, и эта активность контролируется биологическими часами: она снижается во время сна и повышается перед пробуждением. Но холодное утро или пропущенный прием пищи предъявляют требования, которые часы не предусмотрели. Вопрос о том, как организм придерживается фиксированного энергетического графика, но при этом импровизирует, долгое время оставался загадкой.

Исследователи из Центра фундаментальных метаболических исследований (CBMR) при Копенгагенском университете показали, что SLC25A34, малоизученный белок в митохондриях жировых клеток, действует как переключатель, который связывает циркадные ритмы, температуру и рацион с тем, как жировые клетки хранят и расходуют энергию.

«Обычно мы рассматриваем циркадные ритмы, реакцию на температуру и пищу как отдельные системы. Митохондриальный транспортер, чувствительный к времени суток, температуре и тому, что мы едим, открывает возможности для терапии, которая меняет то, когда и как организм сжигает топливо. Это будет другой подход по сравнению с современными методами лечения ожирения и диабета», — говорит руководитель исследования, доцент и руководитель лаборатории контроля метаболического гомеостаза в центре фундаментальных метаболических исследований (CBMR) при Копенгагенском университете Зак Герхарт-Хайнс.

Ученые начали исследование с поиска в больших массивах данных белков в буром жире мышей, которые реагируют как на циркадные ритмы, так и на холод. Только два белка прошли все тесты: UCP1, самый известный белок, участвующий в выработке тепла, и SLC25A34, родственный белок-транспортер, функция которого была неизвестна. У мышей, содержащихся в комфортных условиях, в буром жире содержалось меньше SLC25A34, чем почти в любом другом органе. Но после 24 часов на холоде его уровень вырос в 90 раз, благодаря чему бурый жир стал тканью с наибольшим содержанием SLC25A34 в организме.

Чтобы выяснить, как контролируется ген SLC25A34, команда исследователей изучила мышей, у которых отсутствовали определенные регуляторные белки. Было обнаружено три отдельных механизма контроля, каждый из которых реагирует на свой сигнал. Белки REV-ERBα, участвующие в циркадных ритмах, отключают этот механизм во время сна и активируют его перед пробуждением. Холод снимает этот «тормоз» в любое время, нарушая циркадные ритмы, когда требуется дополнительное тепло. А жир, поступающий из собственных запасов тканей или с пищей, активирует ген SLC25A34 через другой белок — PPARα.

Как ни парадоксально, и голодание, способствующее сжиганию жира, и инсулин — гормон, способствующий накоплению жира, — повышают уровень SLC25A34. Это означает, что сигналы о сжигании и накоплении жира проходят через один и тот же транспортер. Это объясняется тем, что бурый жир на самом деле синтезирует новые молекулы жира, которые затем сжигаются. Этот цикл вырабатывает тепло и выводит жир и сахар из крови. SLC25A34, по-видимому, поддерживает этот цикл, перенося молекулу под названием оксалоацетат обратно в митохондрии. Без этого переносчика бурые жировые клетки сжигали меньше топлива, а у мышей реакция ткани на сжигание жира была значительно слабее. Исследователям еще предстоит доказать, что SLC25A34 действительно переносит оксалоацетат и что его отсутствие влияет на здоровье в долгосрочной перспективе.

Подавление активности переносчика в бурых жировых клетках у 3 из 4 доноров также привело к снижению сжигания топлива. Согласно результатам 24 клинических исследований, люди с большим количеством SLC25A34 в белой жировой ткани под кожей, как правило, более стройные и метаболически здоровые.

«Многие из митохондриальных переносчиков до сих пор не имеют известной функции. Этот переносчик оказался необходим как для накопления жира, так и для его сжигания. И это только верхушка айсберга: SLC25A34 также активно экспрессируется в сердце и участвует в метаболизме мозга и печени, но его роль в этих органах остается загадкой», — заключает Юлия Караваева, выпускница факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ и сотрудник центра фундаментальных метаболических исследований (CBMR) при Копенгагенском университете.

Исследование опубликовано в журнале Science.

[Фото: rawpixel-com / magnific]