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, a tym samym hamują apetyt u myszy. Badania zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature”.
Leptyna produkowana przez tkankę tłuszczową wspomaga homeostatyczną kontrolę masy tkanki tłuszczowej poprzez regulację spożycia pokarmu i bilansu energetycznego. Dzieje się to poprzez hamowanie neuronów AgRP i neuronów ekspresjonujących neuropeptyd Y, a także aktywację neuronów ekspresjonujących podwzgórzową proopiomelanokortynę (neurony POMC). Wszystkie te neurony znajdują się w jądrze łukowatym podwzgórza.
Ogólnie rzecz biorąc, dwie populacje neuronów – neurony AgRP i neurony POMC – antagonistycznie regulują spożycie pokarmu za pośrednictwem leptyny. Jednak efekty funkcjonalne i dynamika procesów zachodzących w tych neuronach różnią się pod kilkoma istotnymi 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 kierownictwem Jeffreya Friedmana (Jeffrey Friedman) z Uniwersytetu Rockefellera przeprowadzili systematyczne profilowanie transkryptomów neuronów jądra łukowatego podwzgórza myszy, wykorzystując sekwencjonowanie RNA pojedynczego jądra. Okazało się, że w jednym z klastrów znajdują się nieopisane wcześniej neurony z ekspresją receptora leptyny. Okazały się one neuronami z ekspresją bazonukliny 2 (neurony BNC2), białka z rodziny bazonuklin i palców cynkowych, które bierze udział w regulacji splicingu, 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 pożywieniem, w zależności od doświadczenia, a spożycie pokarmu dodatkowo je aktywuje. W eksperymencie myszom głodzonym przez noc podawano pokarm przez dwie lub dziesięć minut. Po odstawieniu pokarmu aktywność neuronów BNC2 gwałtownie spadła, a wręcz przeciwnie – utrzymywała się na wysokim poziomie przy stałym dostępie do pożywienia.
Dalsze badania molekularne wykazały, że część sygnałów sensorycznych, które hamują neurony AgRP i zmniejszają apetyt po jedzeniu, jest przekazywana przez neurony BNC2. Następnie kilka eksperymentów wykazało, że leptyna zwiększa aktywność neuronów BNC2. Te 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 również po usunięciu 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 równowagę żywieniową i energetyczną. Wyniki te dodają nowy, ważny element do obwodu neuronalnego odpowiedzialnego za apetyt i jego zaburzenia, a także 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.
