Существует прямая связь между нашими жировыми клетками и молекулами в наших биологических часах. Эти часы говорят организму, когда спать и переваривать пищу, жировым клеткам – когда накапливать излишнюю энергию, и подают об этом соответствующий сигнал в мозг. Есть в неправильное время, и набирать вес проще всего.
Георгиос Пейшос из Медицинской школы Перельмана при Университете Пенсильвании выяснили, что удаление часового гена, известного как BMAL1, из жировых клеток, является причиной ожирения у мышей, связанного с изменением расписания приема пищи этих ночных животных. Эти данные проливают свет на сложные причины набора веса у людей.
Исследование Пенсильванского университета удивительно в двух аспектах. «Первый заключается в относительно небольших изменениях в потреблении пищи, которая обычно может способствовать накоплению энергии у мышей в период отдыха, – говорит Пейшос. – Наши мыши начали страдать ожирением без увеличения количества потребляемых калорий». И в самом деле, причиной превращения подвергнутых исследованию нормальных мышей в мышей с вышедшими из строя часами в жировых клетках, могло послужить изменение характера потребляемых ими продуктов питания.
В предыдущем исследовании Nature занималась изучением описанных мощных каналов связи между циркадными ритмами и метаболизмом, предлагая новые пути для понимания расстройств обеих систем, включая биоритмы, расстройства сна, ожирение и диабет.
«Это в корне меняет наши знания о работе циркадных часов (биоритмов) и о том, как они организовывают наши циклы сна и бодрствования, время приёма пищи и даже время усваивания питательных веществ нашим организмом»,- говорит профессор Лаборатории экспрессии генов Солка Рональд М. Эванс.
Эти поведенческие изменения у мышей отчасти схожи с синдромом есть на ночь у людей, также связанный с ожирением и впервые описанный Альбертом Станкардом в 1955 году.
Второе удивительное наблюдение относится к самим молекулярным часам.
Обычно часы в периферических тканях, как думали раньше, действуют наподобие тактового генератора в SCN (супрахиазматическом ядре) мозга, что чем-то похоже на то, как члены оркестра следуют указаниям дирижёра. «Хотя нам давно известно, что периферические часы имеют достаточную мощность для автономной работы – ударник может бить в барабан без команд дирижёра – здесь мы видим, что поведение оркестрового ударника может само по себе влиять на дирижёра»,- объясняет Фитцджеральд.
Ежедневное потребление пищи определяется колебательной экспрессией генов, которая стимулирует и подавляет аппетит в гипотоламусе. Исследователи обнаружили, что когда часы в жировых клетках дают сбой, нарушается гипоталамический ритм в пользу потребления продуктов питания в несоответствующее время – дневное у мышей, ночное у человека.
Когда типичный дневной ритм сдвигается, также происходят изменения в обмене веществ. Например, у людей, работников ночной смены, широко распространено ожирение и метаболический синдром, и пациенты с нарушением сна имеют повышенный риск развития ожирения. Уменьшение продолжительности сна также означает приобретение большего веса у здоровых мужчин и женщин.
Доктор Стивен Макнайт из Техасского университета Юго-Западного медицинского центра в Далласе и его команда обнародовали подробности того, как питание может влиять на циркадные ритмы. Определённое количество продуктов питания, являясь «топливом» для процессов, протекающих в организме, запасается в форме вещества NADPH, главного проводника энергии.
Хотя некоторые эксперты убеждены, что свет оказывает сильнейшее влияние на положение часов, некоторые факты указывают на то, что время приёма пищи играет такую же, если не более важную роль.
Закон балансировки
Балансировка уровней энергии в организме требует интеграции множества сигналов между центральной нервной системой и такими периферийными тканями, как печень и сердце. Жировые клетки не только хранят и высвобождают энергию, но также связаны с головным мозгом количеством сохранённой энергии по средствам гормона лептина.
Выделение лептина служит причиной увеличения количества энергии, необходимой для использования и уменьшения объёма потребляемой пищи через пути в гипотоламусе.
Обычно мыши, находящиеся на жировой диете, быстро развивали изменения в своей обычной модели активности. Животные начинают больше есть в течение дня, когда предполагается, что мышь – существо ночное – должна спать. У них также проявляются изменения в молекулярных компонентах циркадных часов и в важных аспектах метаболической химии.
Пенсильванская команда исследователей обнаружила, что лишь небольшая часть генов была видоизменена, когда часы в жировых клетках дали сбой и регулировались такими жирными ненасыщенными кислотами, как эйкозапентаеновая кислота (ЭПК) и докозагексаеновая кислота (ДГК), которые были выброшены в кровь. Интересно, что некоторые из этих жирных кислот обычно ассоциируются с рыбьим жиром. Конечно, уровни ЭПК и ДГК в плазме и в гипотоламусе во время нарушения питания были низкими.
«К нашему удивлению, мы могли захватить весь фенотип – несоответствующие жировым клеткам колебания и экспрессия генов в гипотоламусе, модель питания и ожирение –добавив ЭПК и ДГК животным с модифицированным геном», – отмечает Пейшос.
Полученные данные указывают на роль молекулярных часов для жировых клеток в упорядочении энергии и времени еды посредством объединения с гипотоламусом, который, в конечном счёте, влияет на накопление энергии и вес тела.
Взятые вместе, эти исследования подчеркивают важность молекулярных часов как «дирижёра» обмена веществ и отражают главную роль жировых клеток в интеграции потребления пищи и расходов энергии.
«Результаты исследований показывают, что краткосрочные изменения оказывают непосредственное воздействие на периодичность приёма пищи», – говорит Фитцджеральд. – «Со временем эти изменения приводят к увеличению массы тела. Дирижёр действительно зависит от ударника».
Кроме того, исследователи обнаружили, что у мышей, находящихся на высококалорийной диете, проявляются изменения деятельности ключевых генов, которые контролируют приблизительно 24-часовой циркадный ритм. Эти часы, контролируемые метаболическими генами, проявляют себя в роли компонентов мозга, а также печени и жировых тканей. Высококалорийная диета подавляет активность ключевых часовых генов.
Изменяется не только активность и модель питания, но также молекулярные процессы, вовлеченные в метаболизм. Изменения кажутся глобальными. Эти часы представляют собой старинный механизм, согласовывающий поведение с изменениями во внешней среде, которое изменяется в соответствии с вращением Земли, циклами дня и ночи. Безусловно, часы зависят и от состава рациона.
