Amerykańscy naukowcy ogłosili odkrycie nowej populacji neuronów docelowych dla hormonu tkanki tłuszczowej – leptyny. Okazało się, że są to neurony jądra łukowatego podwzgórza, które ekspresują bazonukleinę 2. Pod wpływem leptyny neurony te bezpośrednio hamują neurony AgRP i tym samym tłumią apetyt u myszy. Badanie opublikowano w czasopiśmie Nature.
Leptyna, produkowana przez tkankę tłuszczową, utrzymuje homeostatyczną kontrolę masy tkanki tłuszczowej poprzez regulację spożycia pokarmu i bilansu energetycznego. Dzieje się to poprzez hamowanie neuronów AgRP i neuronów ekspresujących neuropeptyd Y, a także aktywację 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 zachodzących w tych neuronach różnią się pod kilkoma ważnymi względami, a szereg danych wskazuje na istnienie innych populacji neuronów wrażliwych na leptynę, które mogą mieć kluczowe znaczenie dla kontrolowania przez leptynę spożycia pokarmu i masy ciała.
Naukowcy pod kierownictwem Jeffreya Friedmana z Uniwersytetu Rockefellera przeprowadzili systematyczne profilowanie transkryptomu neuronów w jądrze łukowatym podwzgórza myszy, wykorzystując sekwencjonowanie RNA pojedynczego jądra. Okazało się, że w jednym ze skupisk znajdowały się nieopisane dotąd neurony ekspresujące receptor leptyny. Okazało się, że są to neurony ekspresujące bazonukleinę 2 (neurony BNC2), białko z rodziny bazonuklein i 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 stworzyli linię myszy z wyłączonym genem BNC2. Eksperymenty wykazały, że neurony BNC2 reagują na sygnały sensoryczne związane z jedzeniem w kontekście danego doświadczenia, a spożywanie jedzenia dodatkowo aktywuje te neurony. W eksperymencie myszom, które głodowały całą noc, podawano jedzenie przez dwie lub dziesięć minut. Po zaprzestaniu spożywania pożywienia aktywność neuronów BNC2 gwałtownie spadała, natomiast przy stałym dostępie do pożywienia pozostawała wysoka.
Dalsze badania molekularne wykazały, że część sygnałów sensorycznych, które hamują aktywność neuronów 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 apetyt i doprowadziło do otyłości u myszy. Podobne zmiany zaobserwowano po wyłączeniu genów receptorów leptyny w neuronach AgRP. Co ciekawe, naukowcy zaobserwowali również poprawę tolerancji glukozy i zwiększoną wrażliwość 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 odżywczą i energetyczną. Wyniki te dodają nowy, ważny komponent do obwodu nerwowego odpowiedzialnego za apetyt i jego zaburzenia oraz poszerzają naszą wiedzę na temat mechanizmów, za pomocą których leptyna reguluje ten układ. Potencjalnie farmakologiczna aktywacja tych neuronów może mieć wartość terapeutyczną w odchudzaniu.
Wcześniej informowaliśmy, że smak i zapach jedzenia powodują fragmentację mitochondriów w wątrobie poprzez aktywację neuronów POMC.