Международная группа исследователей проанализировали молекулярную структуру белка UCP1, который позволяет клеткам бурого жира перерабатывать глюкозу и молекулы жира из крови в тепло. Регулирование активности этого белка позволит бороться с ожирением и связанными с ним заболеваниями. Статья опубликована в журнале Science Advances.
Жировая ткань выполняет очень важные функции. Запасая липиды — молекулы жира, она обеспечивает теплоизоляцию тела, вырабатывает такие важные гормоны, как эстроген и утоляющий чувство голода лептин. Соотношение жировой и мышечной массы — основной показатель, по которому можно судить о здоровье человека. Этот коэффициент зависит от пола, возраста и физической активности. Если жировая ткань сильно преобладает над мышечной, врачи говорят об ожирении. Чрезмерное запасание липидов вызывает гормональный сбой, ведущий к разным заболеваниям и хроническому воспалению — частому спутнику рака. Ученые подразделяют жировую ткань на белую и бурую. Белая жировая ткань запасает липиды, а бурая производит тепло, поддерживая температуру тела. Эта ткань развита у новорожденных и животных, впадающих в спячку, например бурых медведей. У человека с возрастом количество бурого жира уменьшается. От типа жировой ткани зависит строение жировых клеток — адипоцитов. Бурые жировые клетки содержат больше митохондрий — энергетических станций, содержащих трансмембранный разобщающий белок термогенин, или UCP1. Он помогает расщеплять молекулы сахара и липидов бурым адипоцитам, поддерживая температуру тела. При активации жирными кислотами UCP1 заставляет митохондрию переключится с синтезирования АТФ на выработку тепла. Это происходит из-за того, что термогенин, пронизывая мембрану митохондрий, позволяет протонам просачиваться через нее непосредственно в матрикс митохондрии, минуя АТФ-синтазу. Таким образом вместо образования АТФ энергия идет на выработку тепла.
«Объем бурого жира коррелирует с худобой в человеческой популяции. Исследователи проявляли интерес к тому, как увеличить количество бурого жира и активировать UCP1 терапевтически, это потенциальный способ лечения ожирения. Но нарастить ткань бурого жира недостаточно — UCP1 должен быть "включен", чтобы получить желаемый эффект. Исследованиям мешает отсутствие подробностей о молекулярном составе UCP1. Несмотря на более чем 40 лет исследований, только сейчас мы узнали, как выглядит термогенин. Установление молекулярной структуры необходимо, чтобы понять, как он работает», — рассказал Пол Крайтон из Университета Восточной Англии.
Используя криогенную электронную микроскопию, ученые рассмотрели митохондрии бурых адипоцитов и описали молекулярную структуру разобщающего белка UCP1. Атомарное строение они смогли установить благодаря замораживанию жировых клеток до температуры жидкого азота. При низкой температуре облучение пучком электронов не деформирует молекулу белка в микроскопе. Это позволило изучить внешний вид термогенина, ничем его не окрашивая и не фиксируя. Преимущество криогенной микроскопии еще и в том, что образец исследуется в естественной окружающей среде, UCP1 не отделялся от мембран митохондрий. Благодаря этому и стало возможным проанализировать взаимоотношения белка с другими молекулами.
Исследователи выяснили, что термогенин подавляется пуриновым основанием гуанином (GTP). Этот нуклеотид сшивает белковые спирали UCP1, пронизывающие мембрану митохондрий, и «отключает» его. Этот процесс зависит от pH, или кислотного показателя среды. Ученые доказали, что при связывании подавляющей молекулы-ингибитора термогенин приобретает изначальную форму, и митохондрии бурых жировых клеток снова начинают производить тепло.
«Наша работа показывает: структура белка UCP1 и механизмы, связанные с ним, позволят ученым разработать препараты, эффективные в борьбе с ожирением и сопутствующими заболеваниями. Активированная ткань также может удалять глюкозу из крови, что поможет контролировать диабет», — рассказали ученые.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
