Amerykańscy naukowcy poinformowali o odkryciu nowej populacji neuronów docelowych dla hormonu tkanki tłuszczowej – leptyny. Okazało się, że są to neurony jądra łukowatego podwzgórza, ekspresujące bazonuklinę 2. Pod wpływem leptyny neurony te bezpośrednio hamują neurony AgRP i tym samym tłumią apetyt u myszy. Badania opublikowano w czasopiśmie Nature.
Leptyna produkowana przez tkankę tłuszczową wspomaga homeostatyczną kontrolę masy tkanki tłuszczowej poprzez regulację spożycia pokarmu i bilansu energetycznego. Dzieje się tak na skutek hamowania neuronów AgRP i neuronów ekspresujących neuropeptyd Y, a także aktywacji neuronów ekspresujących podwzgórzową proopiomelanokortynę (neurony POMC). Wszystkie te neurony zlokalizowane są w jądrze łukowatym podwzgórza.
Ogólnie rzecz biorąc, dwie populacje neuronów — neurony AgRP i neurony POMC — antagonistycznie regulują pobieranie pokarmu za pośrednictwem leptyny. Jednakże efekty funkcjonalne i dynamika procesów tych neuronów różnią się pod kilkoma ważnymi względami, a szereg danych wskazuje na istnienie innych populacji neuronów wrażliwych na leptynę, co może mieć kluczowe znaczenie dla kontrolowanej przez leptynę kontroli spożycia pokarmu i masy ciała.
Naukowcy pod przewodnictwem Jeffreya Friedmana (Jeffrey Friedman) z Uniwersytetu Rockefellera przeprowadzili systematyczne profilowanie transkryptomów neuronów jądra łukowatego podwzgórza myszy, wykorzystując sekwencjonowanie pojedynczego jądra RNA. Okazało się, że w jednym z skupisk znajdują się dotychczas nieopisane neurony ekspresujące receptor leptyny. Okazało się, że są to neurony ekspresujące bazonuklinę 2 (neurony BNC2), białko z rodziny bazonuklino-palców cynkowych, które bierze udział w regulacji składania, przetwarzania i transkrypcji mRNA oraz odgrywa ważną rolę we wczesnym rozwoju embrionalnym.
Aby dokładniej zbadać dynamikę i funkcjonowanie neuronów BNC2, naukowcy wyhodowali linię myszy z wyłączonym genem BNC2. Eksperymenty wykazały, że neurony BNC2 reagują na sygnały sensoryczne związane z jedzeniem, zależnie od doświadczenia, a spożywanie jedzenia jeszcze bardziej aktywuje te neurony. W eksperymencie myszom głodzonym przez noc podawano jedzenie przez dwie lub dziesięć minut. Po zaprzestaniu spożywania pożywienia aktywność neuronów BNC2 gwałtownie spadała, a wręcz przeciwnie – pozostawała wysoka przy stałym dostępie do pożywienia.
Dalsze badania molekularne wykazały, że część sygnałów sensorycznych, które tłumią neurony AgRP i zmniejszają apetyt po jedzeniu, jest przekazywana przez neurony BNC2. Następnie kilka eksperymentów wykazało, że leptyna zwiększa aktywność neuronów BNC2. One z kolei bezpośrednio hamują aktywność neuronów AgRP, co prowadzi do tłumienia apetytu.
Usunięcie receptorów leptyny w neuronach BNC2 spowodowało nadmierny wzrost apetytu i doprowadziło do otyłości u myszy. Podobne zmiany zaobserwowano także po wyłączeniu genów receptorów leptyny w neuronach AgRP. Warto zauważyć, że naukowcy zaobserwowali również poprawę tolerancji glukozy i wzrost wrażliwości na insulinę u myszy po aktywacji neuronów BNC2.
Naukowcy doszli zatem do wniosku, że populacja neuronów BNC2 w jądrze łukowatym podwzgórza bezpośrednio i szybko reguluje odżywianie i równowagę energetyczną. Wyniki te dodają nowy, ważny komponent do obwodu nerwowego odpowiedzialnego za apetyt i jego zaburzenia oraz poszerzają wiedzę na temat mechanizmów, za pomocą których leptyna reguluje ten układ. Potencjalnie farmakologiczna aktywacja tych neuronów może mieć wartość terapeutyczną w odchudzaniu.
Wcześniej wspomnieliśmy, że smak i zapach jedzenia powodują fragmentację mitochondriów w wątrobie na skutek aktywacji neuronów POMC.