Направи дарение на училище!

Изображение: © Emilia Stasiak / stock.adobe.com

Захарите и мазнините са основните горива, които захранват всяка клетка, тъкан и орган. Повечето клетки са се приспособили към захарта като енергиен източник, но когато хранителните вещества са оскъдни, например по време на глад или крайно физическо усилие, вместо това клетките преминават към разграждане на мазнините.

Механизмите за това как клетките пренасочват метаболизма си в отговор на промените в наличността на ресурси, все още не са напълно ясни, но новите изследвания разкриват изненадващо последствие, когато се изключи един такъв механизъм, а именно – увеличен капацитет при упражненията за издръжливост.

В наскоро публикувано проучване за клетъчния метаболизъм, изследователите от Медицинското училище в Харвард идентифицират критичната роля на ензима, пролил хидроксилаза 3 (PHD3), за да установят наличието на хранителни вещества и да регулират способността на мускулните клетки да разграждат мазнините. Когато хранителните вещества са в изобилие, PHD3 действа като спирачка, която инхибира ненужния метаболизъм на мазнините. Тази спирачка се освобождава, когато горивото е малко и е необходима повече енергия, например по време на тренировка.

Забележително е, че блокирането на производството на PHD3 при мишки води до драматични подобрения при определени фитнес упражнения, показаха изследванията. В сравнение с нормалните мишки, тези лишени от ензима PHD3, се движиха с 40 процента по-дълго и с 50 процента по-далеч на пътеките за тичане и имаха по-висок VO2 max, маркер за аеробна издръжливост, който измерва максималния прием на кислород по време на тренировка.

Разбери повече за БГ Наука:

***

Резултатите хвърлят светлина върху ключовия механизъм, чрез който клетките метаболизират хранителните вещества и предлагат улики за по-добро разбиране на мускулната функция и фитнеса, съобщават авторите.

„Нашите резултати предполагат, че инхибирането на PHD3 в цялото тяло или мускулите е от полза за фитнеса по отношение на способността за упражнения за издръжливост, времето за бягане и бягането на дълги дистанции“, казва старши авторът на проучването Марсия Хайгис, професор по клетъчна биология в Института Blavatnik в HMS. „Разбирането на този път и как клетките ни метаболизират енергия и хранителни вещества потенциално има широко приложение в биологията, като се започне от борбата с рака до физиологията.“

Необходими са обаче допълнителни проучвания, за да се изясни дали този процес може да бъде манипулиран и при хората, за да се подобри мускулната функция при заболявания, уточняват авторите.

Хайгис и колегите ѝ си поставиха за цел да изследват функцията на PHD3, ензим, за който са установили, че играе роля, регулираща метаболизма на мазнините при някои видове рак в предишни проучвания. Работата им показа, че при нормални условия PHD3 химически модифицира друг ензим – ACC2, което от своя страна предотвратява навлизането на мастни киселини в митохондриите, разграждащи ги в енергия.

В настоящото проучване експериментите на изследователите разкриха, че PHD3 и друг ензим, наречен AMPK, едновременно контролират активността на ACC2 за регулиране на метаболизма на мазнините, в зависимост от енергийната наличност.

В изолирани миши клетки, отглеждани в богати на захар условия, екипът откри, че PHD3 химически модифицира ACC2, за да инхибира мастния метаболизъм. При условия с ниска захар обаче AMPK се активира и поставя различна, противоположна химическа модификация на ACC2, която потиска активността на PHD3 и позволява на мастните киселини да навлизат в митохондриите, за да бъдат разградени в енергия.

Тези наблюдения са потвърдени при живи мишки, които са постили за да стигнат до енергийно недостатъчни условия. При гладните мишки, PHD3-зависимата химическа модификация към ACC2 е значително намалена в скелетния и сърдечния мускул, в сравнение с нахранените мишки. За разлика от тях AMPK-зависимата модификация към ACC2 се увеличава.

По-дълго и по-далеч

На следващо място, учените изследвали последствията, когато активността на PHD3 е била инхибирана, използвайки генетично модифицирани мишки, които не експресират PHD3. Тъй като PHD3 е най-силно експресиран в скелетните мускулни клетки и AMPK преди това е доказано, че увеличава разхода на енергия и толерантността към физически упражнения, екипът проведе серия експерименти с упражнения за издръжливост.

„Въпросът, който си зададохме беше, ако нокаутираме PHD3, това ще увеличи ли капацитета за изгаряне на мазнини и генериране на енергия и ще има ли благоприятен ефект върху скелетните мускули, който разчита на енергия за мускулните функции и способността за физически упражнения?“ – казва Хайгис.

За да проучи въпроса, екипът е обучил млади мишки с дефицит на PHD3 да се движат по наклонена пътека за тичане. Те открили, че тези мишки се движат значително по-дълго и по-далеч, преди да стигнат до точката на изтощение, в сравнение с мишки с нормален PHD3. Тези мишки с дефицит на PHD3 също имат по-високи нива на консумация на кислород, което се отразява от увеличените VO2 и VO2 max.

След упражнението за издръжливост мускулите на мишки с дефицит на PHD3 имат повишени темпове на метаболизма на мазнините и променен състав на мастните киселини и метаболитен профил. PHD3-зависимата модификация към ACC2 беше почти неоткриваема, но зависимата от AMPK модификация се увеличи, което предполага, че промените в метаболизма на мазнините играят роля за подобряване на способността за упражнения.

Тези наблюдения важат за мишки, генетично модифицирани, за да предотвратяват специфично производството на PHD3 в скелетните мускули, което показва, че загубата на PHD3 в мускулните тъкани е достатъчна за повишаване на способността за упражнения, според авторите.

„Беше вълнуващо да видя този голям, драматичен ефект върху способността за упражнения, който може да бъде рекапитулиран с нокаут на PHD3, специфичен за мускулите“, каза Хайгис. „Ефектът от загубата на PHD3 беше много укрепващ и възпроизводим.“

Изследователският екип също извърши серия от молекулярни анализи, за да установи в детайли точните молекулни взаимодействия, които позволяват на PHD3 да модифицира ACC2, както и начина, по който неговата активност се потиска от AMPK.

Резултатите от проучването предполагат нов потенциален подход за повишаване на ефективността на упражненията чрез инхибиране на PHD3. Въпреки че резултатите са интригуващи, авторите отбелязват, че са необходими допълнителни проучвания, за да се разбере по-точно как блокирането на PHD3 предизвиква благоприятен ефект върху тренировъчния капацитет.

В допълнение, Хайгис и колеги откриват в предишни проучвания, че при някои видове рак, като някои форми на левкемия, мутиралите клетки експресират значително по-ниски нива на PHD3 и консумират мазнини за подхранване на анормален растеж и разпространение. Усилията за контрол на този път като потенциална стратегия за лечение на такива ракови заболявания могат да помогнат за информиране на изследванията в други области, като например мускулни заболявания.

Не е ясно дали има отрицателни ефекти от загубата на PHD3. За да се знае дали PHD3 може да се манипулира при хора – за повишаване на капацитета при атлетични дейности или като лечение на определени заболявания – ще изисква допълнителни проучвания в различни контексти, посочват авторите.

Също така не е ясно дали загубата на PHD3 предизвиква други промени, като загуба на тегло, кръвна захар и други метаболитни маркери, които сега се изследват от екипа.

„По-доброто разбиране на тези процеси и механизмите, залегнали в основата на функцията на PHD3, някой ден може да помогне за отключване на нови приложения при хората, като нови стратегии за лечение на мускулни заболявания“, допълва Хайгис.

Източник: sciencedaily

Превод: Радослав Тодоров

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!