Двама биолози от Penn State откриха главен регулатор, който контролира метаболитните реакции при дефицит на незаменими аминокиселини в храната. Те също така откриха, че това регулиращо вещество, ензим, наречен GCN2 eIF2alpha киназа, има неочаквано дълбоко въздействие върху метаболизма на мазнините. „Някои резултати от нашите експерименти предполагат интервенции, които могат да помогнат за лечение на затлъстяване, предотвратяване на диабет тип II и сърдечни пристъпи или за подобряване на недохранването с протеини“, казва Дъглас Кавенер, професор и ръководител на Катедрата по биология, който ръководи изследването заедно с Фейфан Гуо, асистент-професор. Техните изследвания ще се появят в изданието от 7 февруари 2007 г. на научното списание Cell Metabolism.

изследователите

Организмите се адаптират метаболитно към епизоди на недохранване и глад, като изключват синтеза на нови протеини и мазнини и като използват запасите от тези хранителни вещества от мускулите, мазнините и черния дроб, за да продължат жизнените функции. Cavener и Guo установяват, че премахването на една аминокиселина, левцин, от диетата е достатъчно, за да предизвика реакция на глад, която засяга метаболизма на мазнините. „Тези открития са важни за лечението на два основни проблема в света“, казва Кавенер. „Откритата от нас реакция на глад може да потисне синтеза на мазнини и да накара организма да консумира почти цялата запасена мазнина в рамките на няколко седмици след лишаване от левцин. Тъй като този отговор причинява поразителна загуба на мастна тъкан, може да сме в състояние да формулираме мощен нов лечение на затлъстяване. "

Вторият проблем не е излишният прием на храна, а недостатъчният прием на протеини, което измъчва населението на по-бедните нации в Азия и Африка. Организацията за прехрана и земеделие на ООН изчислява, че 850 милиона души са били недохранени между 1999 и 2005 г. [1] Тези, които се хранят с диета с достатъчно калории, в която липсва незаменима аминокиселина, могат да страдат от забавен растеж, нарушения в развитието или дори смърт. От друга страна, затлъстяването достига почти епидемични размери в по-богатите държави. Според Центровете за контрол на заболяванията 30 процента от възрастните в САЩ на възраст над 20 години са със затлъстяване. [2]

Вместо да работят с клетки в културата, Guo и Cavener изследваха метаболитните процеси в специален щам на мишки, на които липсва GCN2 киназа, и ги сравняваха с тези на нормалните мишки. „Организмите са забележително чувствителни към хранителния прием“, казва Кейвърър. "Лишаването дори от една незаменима аминокиселина е достатъчно за GCN2 киназата да превключи метаболизма в авариен режим. Въпреки факта, че тези мишки консумират нормални количества въглехидрати и мазнини, те бързо спират синтеза на мазнини в черния дроб и мобилизират складираните от тях мастни натрупвания. Телата им буквално са измамени в режим на глад. "

Експериментите, проведени от Guo и Cavener, имаха поразителни и неочаквани резултати. След 17 дни диета с дефицит на левцин, нормалните мишки загубиха 48% от чернодробната си маса и 97% от мастната или мастната тъкан от корема си. Този отговор е много подобен на това, което се случва по време на глад. За разлика от тях, мишките без GCN2 киназа поддържат стабилна чернодробна маса и губят само 69 ​​процента от мастната тъкан на корема си.

Един от особено обнадеждаващите аспекти на изследването от Guo и Cavener беше краткият период от време, в който могат да бъдат предизвикани драматични промени. Дори само след 7 дни лишаване от левцин, нормалните мишки загубиха 50% от мастната си тъкан. Те също така произвеждат по-малко липиди (мазнини) и показват малък спад в серумните нива на триглицеридите. Мишките, в които липсва GCN2 киназа, не губят толкова много мазнини, колкото нормалните мишки, и освен това развиват много бледи, затлъстели черен дроб с необичайно високи нива на съхранени триглицериди, тъй като продължават да синтезират мастни киселини. Забележителната бързина на промяната на теглото при нормалните мишки се случи, защото потиснатият синтез на нови мазнини беше съчетан с изчерпването на съхранените мазнини в тялото.

Тези открития относно решаващата регулаторна роля на GCN2 киназата в метаболизма имат основни последици за лечението или профилактиката на затлъстяването, което е свързано с повишен риск от сърдечни заболявания, диабет, хипертония и остеоартрит. „Най-вече, казва Кавенер, се надяваме да успеем да измислим диетични интервенции, които значително ще подобрят здравето на милиони деца по целия свят, страдащи от лишаване от аминокиселини, свързано с недохранване с протеини“.

Изследването е финансирано от Националните здравни институти и Министерството на здравеопазването в Пенсилвания.