Ученые определили, как белок в головном мозге использует информацию об энергетическом балансе тела для регулирования скорости роста и начала полового созревания у детей.
Исследование, которое планируется опубликовать 3 ноября в журнале Nature , посвящено рецептору меланокортина 3 (MC3R), члену семейства белков, которые, как давно известно, играют центральную роль в метаболизме и энергетическом балансе.
Физиолог из Мичианского университета Роджер Коун и его коллеги обнаружили ген MC3R более 20 лет назад и продемонстрировали, что у мышей, у которых отсутствует этот белок, наблюдается замедленный линейный рост, снижение мышечной массы и увеличение ожирения. Последующие исследования, опубликованные группой Конуса, также продемонстрировали роль рецептора в регулировании взаимодействия между воспроизводством и энергетическим состоянием, включая увеличение количества кормлений и прибавку в весе во время беременности.
Международная группа ученых во главе с сэром Стивеном О’Рахилли из Института метаболических наук Wellcome-MRC Кембриджского университета впервые показала, как дефекты MC3R передаются людям — с результатами, поразительно похожими на находки у мышей.
Команда О’Рахилли сообщает об идентификации первого человека с мутациями в обеих копиях гена MC3R, в результате чего у человека не работает MC3R. Такие случаи чрезвычайно редки, возможно, у одного человека из миллиарда. Этот человек показал фенотипы или физические признаки, которые были почти идентичны мышам без MC3R.
Используя данные британского биобанка и лонгитюдного исследования родителей и детей Avon, команда проанализировала фенотипы у добровольцев с мутациями в одной копии гена, кодирующего MC3R. Эти люди показали меньший рост и меньшую мышечную массу по сравнению с теми, у кого не было мутаций MC3R.
«Что касается меланокортинов, каждый фенотип, который мы наблюдали у мышей, в конечном итоге был воспроизведен и у людей», — сказал Коун, директор Института естественных наук Университета штата Вашингтон и автор нового исследования. «Эта прямая корреляция между животными моделями и людьми не всегда так; но это исследование показывает, что мыши — почти идеальная модель для изучения человеческих синдромов, связанных с рецепторами меланокортина».
Кроме того, О’Рахилли обнаружил один новый фенотип у людей с мутациями MC3R: длительная задержка начала полового созревания у пациента, у которого отсутствует MC3R, и незначительные, но значительные задержки у добровольцев из Биобанка Великобритании с мутациями только в одной копии гена. Из-за открытия только одного пациента с потерей обеих копий гена MC3R, исследователи также использовали модели нокаута гена мыши для подтверждения и дальнейшего понимания результатов.
Новые данные, полученные лабораторией Cone и ее сотрудником Ричардом Симерли из Медицинской школы Вандербильта и опубликованные в этом последнем исследовании, подтверждают этот эффект, а также утверждают, что MC3R играет роль в передаче депривации питания репродуктивной оси.
Когда мышей не голодают в течение 24 часов, MC3R определяет нехватку запасов энергии в организме и передает эту информацию той части мозга, которая регулирует репродуктивные циклы. У нормальных мышей репродуктивный цикл останавливается до тех пор, пока запасы энергии не вернутся к норме после голодания. Однако у мышей без MC3R репродуктивная ось не изменяется после голодания, что указывает на прекращение коммуникации по поводу энергетического баланса.
«Эти типы экспериментов дают нам важное новое понимание метаболических и репродуктивных путей организма, но они, очевидно, не могут быть выполнены на людях», — сказал Коун, который также является профессором молекулярной и интегративной физиологии в Медицинской школе UM. «Это исследование иллюстрирует критическую роль животных моделей для изучения основ физиологии, которые затем могут быть применены к здоровью и болезням человека».
Исследование было поддержано Национальным институтом здравоохранения (США), Советом медицинских исследований Великобритании, Wellcome и Национальным институтом медицинских исследований (Великобритания).
