Низкий уровень меди связан с увеличением жировых клеток

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса в опытах на мышиных клетках обнаружили, что низкий уровень клеточной меди, по-видимому, делает адипоциты (жировые клетки) крупнее, изменяя способ обработки клетками основных метаболических топлив, таких как жиры и сахара.

Это открытие, по их словам, дополняет доказательства того, что гомеостаз меди может стать терапевтической мишенью для лечения метаболических нарушений, включая ожирение. Исследователи подчеркивают, что хотя связи между медью и ожирением у людей уже сообщались, необходима дальнейшая работа для лучшего понимания этой связи. В западном мире дефицит меди в рационе встречается нечасто, за исключением беременности, а основные риски для здоровья связаны с генетическими нарушениями баланса меди. Диета, включающая овощи, орехи и даже шоколад, обычно содержит достаточно меди для поддержания здорового уровня.

Медь необходима для биологии человека и способствует многим процессам: от формирования пигментов, определяющих цвет волос и глаз, до образования новых кровеносных сосудов. Этот минерал также важен для когнитивных функций. Дисбаланс меди связан с несколькими неврологическими расстройствами, а её изменённый уровень — с депрессией и изменениями режима сна, отмечает Светлана Луценко, доктор философии, профессор физиологии и старший исследователь.

Исследование, описанное в выпуске журнала PLOS Biology от 17 сентября, обобщает усилия команды по определению роли баланса меди в физиологии адипоцитов. Хаоцзюнь Ян, ведущий автор статьи, изучала этот вопрос в рамках своей докторской диссертации.

Учёные хотели понять, как адипоциты используют медь. Для этого они сначала вырастили в лаборатории клетки-предшественники мышиных жировых клеток, которые можно было химически стимулировать к превращению в зрелые адипоциты. Исследователи отслеживали поглощение клетками меди и производимые ими белки в процессе развития.

Команда обнаружила, что в процессе созревания адипоциты поглощали вдвое больше меди, чем клетки-предшественники. Также было обнаружено, что несколько медьсодержащих белков становились более многочисленными, особенно фермент семикарбазид-чувствительная аминоксидаза (ССАО), уровень которого был повышен в 70 раз по сравнению с клетками-предшественниками. Предыдущие исследования показали, что ССАО зависит от меди и уникально обильна в жировой ткани, но оставалось неясным, как уровень меди влияет на ССАО и как её активность связана с метаболизмом адипоцитов.

Чтобы проверить, влияет ли потребление меди на функцию ССАО, Ян ограничила доступность меди во время созревания адипоцитов. Оказалось, что недостаток меди не мешал клеткам развиваться в зрелые жировые клетки, но, неожиданно, лишённые меди клетки вырастали более чем в два раза крупнее своих здоровых аналогов и содержали больше липидов, чем клетки, развивавшиеся в условиях адекватного уровня меди. Этот тест показал, что медь важна для здорового развития и метаболизма адипоцитов.

Чтобы определить, отвечает ли потеря активности ССАО за изменение размера и накопление жира, Ян создала с помощью генетического редактирования клетки, полностью лишённые этого фермента. При химической стимуляции к созреванию эти клетки выглядели поразительно похожими на клетки, лишённые меди в предыдущих экспериментах — они выросли примерно вдвое больше нормальных клеток и содержали больше липидов. Этот результат подтвердил, что уровень клеточной меди необходим для функции ССАО, а инактивация этого фермента вызывает аномальный рост жировых клеток.

Оставалось неясным, как именно клетки накапливали так много липида. В нормальных клетках потребление двух видов клеточного топлива, липидов и сахаров, сбалансировано. Похоже, что дефицит меди сместил этот баланс в сторону накопления жира.

Из предыдущих исследований было известно, что ССАО оказывает инсулиноподобное действие, заставляя клетки потреблять больше сахаров. Учёные предположили, что нарушение функции фермента может заставить клетки переключиться на другой источник топлива.

Для проверки гипотезы исследователи сравнили белковые профили трёх линий клеток: нормальных жировых клеток, клеток без ССАО и клеток с генетически удалённой, а затем "спасённой" путём добавления белка обратно ССАО. Они искали различия в экспрессии белков и потреблении сахара или липидов по мере созревания этих клеток. Ян идентифицировала 7000 белков, присутствовавших во всех трёх типах клеток. Сужение результатов до белков, на которые влияет наличие функциональной ССАО, выявило изменения в количестве примерно 200 белков, которые все относились к 17 клеточным путям, регулирующим метаболизм. Наиболее значительные изменения наблюдались для белков, поглощающих и перерабатывающих сахар (их стало меньше), и белков, облегчающих поглощение и переработку липидов (их стало больше в клетках, лишённых ССАО). Это показало, что ССАО жизненно важна для многих метаболических функций, включая переключение между поглощением сахаров и жиров.

Исследователи сообщают, что теперь планируют исследования для мониторинга ССАО в кровотоке людей с жировой болезнью печени и диабетом, поскольку уровень ССАО в крови таких людей повышен. Учёные подозревают, что ССАО может помогать регулировать выбор топлива и в других тканях.