Naukowcy odkryli nowy typ beżowych komórek tłuszczowych, który wspomaga metabolizm energetyczny i może pomóc w zapobieganiu otyłości i chorobom metabolicznym poprzez wytwarzanie ciepła w unikalnym procesie wewnętrznym. Odkrycie to oferuje potencjalne nowe metody leczenia kontroli masy ciała i poprawy zdrowia metabolicznego.
Komórki tłuszczowe występują w trzech typach: białym, brązowym i beżowym. Białe komórki tłuszczowe magazynują energię w postaci tłuszczu, który jest niezbędny dla organizmu, choć jego nadmiar może prowadzić do problemów zdrowotnych. Brązowe komórki tłuszczowe są szczególnie aktywne u niemowląt. Wytwarzają ciepło i w ten sposób utrzymują temperaturę ciała dziecka.
Jednakże ilość brązowej tkanki tłuszczowej zmniejsza się w ciągu życia człowieka; dorośli mają go bardzo mało. Potem wreszcie beżowe komórki tłuszczowe. Mogą one również wytwarzać ciepło, choć nieco gorzej niż brązowe komórki tłuszczowe. Beżowe komórki tłuszczowe występują także u dorosłych: rozproszone w białej tkance tłuszczowej, zwłaszcza w okolicy szyi i ramion, pomagają w wykorzystaniu nadmiaru energii.
Teraz międzynarodowy zespół badawczy odkrył i opisał nowy rodzaj beżowych komórek tłuszczowych, który różni się od znanych już wcześniej. „Komórki tłuszczowe tego nowego beżowego typu odgrywają ważną rolę w metabolizmie energetycznym w organizmie człowieka i mają pozytywny wpływ na choroby metaboliczne i otyłość” – mówi Anand Sharma, postdoktor w grupie profesora ETH Christiana Wolfruma i współautor badania. „Dlatego tak ważne jest szczegółowe zrozumienie ich działania”.
Badanie prowadzili ETH Zurich, Uniwersytet w Bazylei, Centrum Medyczne Uniwersytetu w Lipsku i Instytut Onkologii Dana-Farber w Bostonie. W projekt zaangażowanych było wiele innych szpitali i instytucji badawczych na całym świecie.
Niezależny od znanego białka
Znane już badaczom beżowe komórki tłuszczowe wytwarzają ciepło w taki sam sposób jak brązowe komórki tłuszczowe: poprzez białko zwane UCP1. Białko to znajduje się po wewnętrznej stronie dwóch błon otaczających mitochondria, jednostki strukturalne często określane jako elektrownia komórki. W ramach swojej normalnej funkcji mitochondria pompują protony do przestrzeni między dwiema błonami.
Protony to elektrycznie naładowane cząstki elementarne, które generalnie odgrywają ważną rolę w procesach konwersji energii w komórkach. Komórki tłuszczowe Bown i opisane wcześniej klasyczne beżowe komórki tłuszczowe zawierają białko UCP1. Tworzy bardzo wąski kanał w błonie wewnętrznej, przez który protony przedostają się z powrotem do mitochondriów, wytwarzając w ten sposób ciepło w wyniku tarcia.
W ostatnich latach naukowcy odkryli, że istnieją również beżowe komórki tłuszczowe bez białka UCP1, które również zużywają energię, wytwarzając w ten sposób ciepło. Zespół badawczy z ETH Zurich i uczestniczących instytucji dokładnie scharakteryzował nową klasę beżowych komórek tłuszczowych i pokazał, jak to robią: za pomocą „mechanizmu Syzyfa”.
Oto jak to działa: Wszystkie procesy biochemiczne zachodzące w komórkach zawsze generują trochę ciepła. Wykorzystuje to nowa klasa beżowych komórek tłuszczowych i pozwala na przebieganie poszczególnych procesów tam i z powrotem, pozornie bez celu. Obejmuje to przede wszystkim dwa procesy konwersji. W pierwszym przypadku komórki rozkładają tłuszcze na składniki (kwasy tłuszczowe) z pełną prędkością, a następnie równie szybko łączą je w nowe tłuszcze. W drugim przypadku stosują enzym, który przekształca cząsteczki kreatyny w fosforan kreatyny, pokrewną cząsteczkę, tylko po to, aby natychmiast przekształcić ją z powrotem w kreatynę. Naukowcy nazywają te powtarzające się procesy „daremnymi cyklami”. Nie dodają niczego do ogólnego budżetu biochemicznego, ale zużywają energię i wytwarzają ciepło.
Zapobieganie cukrzycy i otyłości
Zespół badawczy jako pierwszy opisał nowy typ beżowych komórek tłuszczowych u myszy. Następnie zbadali ludzką tkankę tłuszczową i byli w stanie wykazać, że te komórki tłuszczowe również tam występują. Podczas gdy mniej niż połowa populacji ma wcześniej znany typ klasycznych beżowych komórek tłuszczowych, prawie wszyscy ludzie mają nowy typ komórek tłuszczowych o cyklu daremnym, aczkolwiek w różnych ilościach.
Jak wykazali naukowcy, osoby z dużą liczbą beżowych komórek tłuszczowych – znanego wcześniej lub nowego typu – są szczuplejsze i mają zazwyczaj lepszy metabolizm. Dzięki temu są mniej podatne na otyłość i zaburzenia metaboliczne, takie jak cukrzyca. „Ponieważ beżowe komórki tłuszczowe przekształcają energię w ciepło, pomagają rozkładać nadmiar tłuszczu” – wyjaśnia Tongtong Wang, doktorant ETH w grupie profesora ETH Wolfruma i główny autor badania.
Naukowcy wyjaśniają również, w jaki sposób nowe odkrycia mogą zostać wykorzystane w przyszłości w medycynie. Być może uda się na przykład przeszczepić beżowe komórki tłuszczowe osobom, które mają ich niewiele i cierpią na choroby metaboliczne lub problemy z wagą. Można by też pomyśleć o opracowaniu leków aktywujących beżowe komórki tłuszczowe, które często są nieaktywne. Takie leki można stosować w leczeniu osób z wysokim poziomem cukru we krwi lub osób z nadwagą, które zmniejszyły swoją wagę w wyniku operacji lub w inny sposób. „Aktywacja beżowych komórek tłuszczowych może pomóc im w utrzymaniu niższej masy ciała w dłuższej perspektywie” – mówi Sharma.
Odniesienie: „Transkryptomika pojedynczego jądra identyfikuje oddzielne klasy UCP1 i adipocytów cyklu daremnego” autorstwa Tongtong Wang, Anand Kumar Sharma, Chunyan Wu, Claudia Irene Maushart, Adhideb Ghosh, Wu Yang, Patrik Stefanicka, Zuzana Kovanicova, Jozef Ukropec, Jing Zhang, Myrtha Arnold, Manuel Klug, Katrien De Bock, Ulrich Schneider, Cristina Popescu, Bo Zheng, Lianggong Ding, Fen Long, Revati Sumukh Dewal, Caroline Moser i Christian Wolfrum, 30 lipca 2024 r., Metabolizm komórkowy.
DOI: 10.1016/j.cmet.2024.07.005
