Выпускники Физтеха открыли новый механизм сжигания жира в организме

Единственный научный коллектив в мире, который максимально приблизился к прояснению всех механизмов работы митохондрий – специализированных органелл клеток, ответственных за производство клеточной энергии, работает в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. В его составе выпускники московского Физтеха, записавшие электрические токи, текущие через внутреннюю митохондриальную мембрану. Это уже помогло увидеть, как происходит накопление и сжигание жира в организме, и, возможно, поможет отследить процессы старения и смерти клеток. Работа опубликована в Cell.

Науке уже более 50 лет известна схема, по которой митохондрии синтезируют АТФ (аденозинтрифосфат) – универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. Митохондрии работают подобно энергетическим станциям, которые окисляют органические вещества и запасают освободившуюся энергию в молекулах АТФ. Состоят они из двух мембран (внутренней и внешней), между которыми есть межмембранное пространство и внутренняя полость – матрикс. Собственно окисление происходит на внутренней мембране, имеющей в составе специальные белковые молекулы, благодаря которым она становится проницаемой для протонов (ионов водорода) и, соответственно, способной к синтезу АТФ. Есть и другие белковые молекулы, которые помогают преобразованию энергии протонов не в АТФ, а в теплоту. Эти «особые молекулы» физиологи именуют UCP1. Как же происходит процесс их окисления? Сама внутренняя мембрана не пропускает через себя никакие мелкие молекулы. Для этой цели имеются специальные белковые комплексы, пронизывающие всю толщину мембраны. Они выполняют функцию своеобразных ворот и могут выборочно пропускать молекулы из внутренней полости митохондрии или в неё.

Юрий Киричок: «Наша лаборатория разработала способ, позволяющий применить пэтч-кламп к митохондриям, что раньше казалось невозможным»

Жирные кислоты, которые присутствуют в матриксе митохондрий, активируют молекулы UCP1, а они, в свою очередь, увеличивают проводимость внутренней митохондриальной мембраны для протонов. Это склоняет митохондрии к тому, что вместо молекул АТФ они начинают производить больше тепла, за счёт окисления длинных молекул жирных кислот. Обычно такое переключение работы митохондрий происходит на холоде, когда организму требуются дополнительные источники тепла . Активирование процесса термогенеза жира (а жирные кислоты являются его главной составляющей) может быть очень эффективным способом борьбы с ожирением. Но, к сожалению, за эти полвека учёные так и не смогли установить механизм работы UCP1.

«Множество моделей того, каким образом UCP1 увеличивает проводимость внутренней мембраны для протонов, были предложены, но научный консенсус так и не был достигнут, – поясняет в интервью корреспонденту STRF.ru участник проекта, выпускник МФТИ Юрий Киричок . – Главная проблема здесь заключалась в том, что не существовало способа, которым можно было бы напрямую наблюдать ионные токи, текущие через внутреннюю митохондриальную мембрану. Поэтому измерения протонной утечки, связанной с UCP1, производились косвенно. Подобные методы не давали возможности понять, как UCP1 взаимодействует с жирными кислотами и как в результате этого взаимодействия протоны транспортируются через внутреннюю митохондриальную мембрану».

В данном исследовании учёные впервые измерили токи, текущие через внутреннюю митохондриальную мембрану. Суть применённой ими методики, называемой пэтч-кламп, была к этому времени уже известна. В 1991 году она произвела революцию в понимании молекулярных основ функционирования нейронов и нервной системы, а её авторы немецкие учёные Эрвин Неер и Берт Закман получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Митохондриальная пэтч-кламп техника:
А. Изготовление митопласта для пэтч-кламп эксперимента. (Митопласт – митохондрия без наружной мембраны). В. Пэтч-кламп измерения.

«Мы разработали способ, позволивший применить эту методику к митохондриям, которые в разы меньше клетки , – продолжает Киричок. – Раньше казалось, что применить к ним пэтч-кламп невозможно, что объяснялось как раз их очень маленькими размерами. Адаптирование пэтч-клампа к митохондриям впервые открывает широкие возможности для изучения молекулярных механизмов, контролирующих производство и переработку энергии в клетках».

Авторам удалось измерить токи, которые опосредованы белком UCP1, и установить, что этот белок может одновременно транспортировать протоны и анионы жирных кислот в митохондрии. Один анион и один протон жирной кислоты присоединяются к UCP1, и после этого UCP1 «перебрасывает» их через внутреннюю мембрану внутрь митохондрий. Но так происходит только с короткими молекулами жирных кислот. Однако есть ещё жирные кислоты с длинными молекулами, которые, проникая в организм человека вместе с пищей, как раз и формируют жировую ткань: их длинные хвосты застревают в UCP1 и просто колеблются внутри белка между двумя противоположными сторонами мембраны.

Именно такое колебание активирует транспортный механизм UCP1, который одновременно транспортирует через внутреннюю мембрану митохондрии как анион жирной кислоты, так и протон. Протон при этом отрывается от UCP1 и фактически перемещается через мембрану в матрикс. Таким образом, длинные молекулы жирных кислот «взламывают» UCP1 и заставляют его работать в режиме протонного переносчика.

Главная ценность этого исследования заключается в том, что оно проясняет механизм работы UCP1, тем самым закладывая основы для создания лекарственных препаратов, позволяющих посредством воздействия на UCP1 активировать разложение молекул жира с выделением теплоты. Такие препараты, по мнению авторов исследования, могут стать эффективными средствами для похудения. А прояснение всех особенностей функционирования белка UCP1 позволит контролировать его активность в лечебных целях, а также больше узнать о механизмах клеточного старения и смерти, которые тоже контролируются митохондриями.

Источник информации:

A. Fedorenko, P.V. Lishko, Y. Kirichok, Mechanism of Fatty-Acid-Dependent UCP1 Uncoupling in Brown Fat Mitochondria. Cell, Vol. 151, 2012, 400–413.

Иллюстрации предоставлены Юрием Киричком

Шабельский Алексей

Источник: www.strf.ru


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
По теме
Полезные и важные советы для хорошей, комфортной и приятной жизни – от новосибирских экспертов и корреспондентов телеканала «Россия 1» В этом выпуске Полезной передачи расскажем:  Новые правила сдачи на права.
В Новосибирске состоялась «Школа урологов» - форум собрал ведущих специалистов из всех городов Сибирского федерального округа, а также из Москвы и Санкт-Петербурга Сами врачи говорят, собираемся,
Леса Новосибирской области обработают от непарного шелкопряда в 2024 году - Министерство природных ресурсов и экологии В Новосибирской области организованы контрольные обследования очагов непарного шелкопряда в весенний период Обследования очагов лесного вредителя шелкопряда непарного позволяют определить среднее значение жизнеспособн
Министерство природных ресурсов и экологии
Никогда не поздно - Газета Ведомости Клещи из Новосибирской области считаются самыми опасными в России. Единственная надёжная защита — вакцинация Лучшее время для прививки от клещевого энцефалита — зима, но вакцинироваться можно в любое время.
Газета Ведомости
Житель города Бердска предстанет перед судом по обвинению в убийстве родственника - Следственный комитет фото СУ СК РФ по Новосибирской области Следственным отделом по городу Бердск следственного управления Следственного комитета Российской Федерации по Новосибирской области завершено расследование уголовного дела в отно
Следственный комитет
Сначала анализ, потом — диагноз - Газета Степная нива С самого утра в кабинеты клинико-диагностической лаборатории центральной районной больницы стекаются пациенты с направлениями от всех врачей.
Газета Степная нива
Делаем всё возможное - ГБУЗ НСО ГНОКБ За два года, в течение которых на базе Новосибирской областной больницы работает детское онкологическое отделение, 11 маленьких пациентов прошли процедуру заместительной почечной терапии - гемодиализ.
ГБУЗ НСО ГНОКБ
Гайдар – для поколений - Тогучинская ЦБС 6 марта Юртовская сельская библиотека присоединилась к региональной акции «Аркадий Гайдар – для поколений», посвящённой 120–летию со дня рождения А. П. Гайдара и Году семьи.
Тогучинская ЦБС
Путешествие по пушкинским страницам - ЦБС Баганского района Двадцать девятого марта в Теренгульской сельской библиотеке состоялся увлекательный квизбук «Путешествие по пушкинским страницам».
ЦБС Баганского района