Undersøgelse afdækker molekyle, der forbinder vægtforøgelse med tarmbakterier

UT sydvestlige forskere har fundet en vigtig driver til krydstalen, der hjælper med at synkronisere optagelsen af ​​næringsstoffer i tarmen med rytmerne i Jordens lyscyklus om natten.

Deres fund kan have vidtrækkende konsekvenser for fedme i velhavende lande og underernæring i fattige lande.

I undersøgelsen, udgivet i denne uge af Videnskab , Dr. Lora Hooper og hendes forskerhold fandt ud af, at commensal, eller godt, bakterier, der lever i pattedyrs tarm, programmerer de metaboliske rytmer, der styrer kroppens optagelse af fedt fra kosten. Dr. Hooper, Formand for immunologi og en Howard Hughes Medical Institute Investigator, er seniorforfatter af undersøgelsen.

Undersøgelsen fandt også, at mikrober programmerer disse såkaldte døgnrytmer ved at aktivere et protein ved navn histondeacetylase 3 (HDAC3), som er fremstillet af celler, der beklæder tarmen. Disse celler fungerer som mellemled mellem bakterier, der hjælper med fordøjelsen af ​​mad og proteiner, der muliggør absorption af næringsstoffer.

Studiet, udført i mus, afslørede, at HDAC3 tænder gener involveret i absorptionen af ​​fedt. De fandt ud af, at HDAC3 interagerer med det biologiske urmaskineri i tarmen for at forfine den rytmiske ebbe og strømning af proteiner, der forbedrer absorptionen af ​​fedt. Denne regulering forekommer i dagtimerne hos mennesker, der spiser i løbet af dagen, og om natten i mus, som spiser om natten.

Mikrobiomet kommunikerer faktisk med vores metaboliske maskiner for at gøre fedtoptagelsen mere effektiv. Men når fedt er overdreven, denne kommunikation kan resultere i fedme. Om det samme sker i andre pattedyr, herunder mennesker, er genstand for fremtidige undersøgelser. "

Dr. Zheng Kuang, postdoktor i Hooper -laboratoriet og hovedforfatter

For at gå tilbage i tiden, historien starter virkelig med et par mus og krydstale mellem to laboratorier ved UT Southwestern.

Dr. Hooper, der driver universitetets koloni af kimfrie mus, som er opvokset i miljøer, der ikke har nogen mikrober, er også professor i immunologi og mikrobiologi og medlem af Center for Genetik i værtsforsvar. Hun har Jonathan W. Uhr, M.D. Distinguished Chair in Immunology, og er en Nancy Cain og Jeffrey A. Marcus Scholar i medicinsk forskning, til ære for Bill S. Vowell.

Histonmodifikationer - der foretages af enzymer som HDAC3 - styrer ekspressionen af ​​gener, der igen danner proteiner, der udfører cellens arbejde. Ikke længe siden, Hooper -laboratoriet besluttede at lave en musestudie af histonmodifikationer, der syntes at stige og falde sammen med døgnrytmer.

Ved sammenligning af det normale, bakterieladede mus med bakteriefri, forskere opdagede, at nogle histonmodifikationer - herunder dem, der blev foretaget af HDAC3 - var døgnrytme hos normale mus, men holdt sig på et fladt niveau i kimfrie mus.

Det var da Dr. Hooper kontaktede Dr. Eric Olson, Formand for molekylærbiologi og direktør for Hamon Center for Regenerativ Videnskab og Medicin, der havde foretaget undersøgelser af HDAC3 i et andet væv, hjertet. De to laboratorier samarbejdede om at udvikle en mus, der kun manglede HDAC3 i tarmen.

Musene, de genererede, syntes umærkelige, mens de spiste en normal chow -diæt. Imidlertid, da forskerne fodrede musene med et højt fedtindhold, sukkerfattig kost, der ligner en, der normalt indtages i USA - de fandt noget meget andet.

"Vi kalder det junkfood -diæt. Jeg beskriver det som at køre gennem en fastfood -restaurant efter en burger og fries og derefter stoppe ved donutbutikken, "sagde hun." De fleste mus på den diæt bliver fede. Til vores overraskelse, dem, der ikke havde HDAC3 i deres tarmforing, kunne spise et højt fedtindhold, sukkerfattig kost og bliv slank. "

Næste, de sammenlignede de HDAC3-mangelfulde mus med de kimfrie mus. Forskerne fandt ud af, at begge grupper af mus viste den samme flade, ikke -rytmiske histonændringer, bekræfter HDAC3s betydning i døgnrytme.

Hver celle i kroppen har et molekylært ur, der styrer kropslige processer. Musestudiet afslørede, at HDAC3 tilsluttes det cellulære urmaskineri for at sikre, at fedtoptagelse er størst, når pattedyr er vågne og spiser.

"Vores resultater tyder på, at mikrobiomet og døgnrytmen har udviklet sig til at arbejde sammen om at regulere stofskiftet, " hun sagde.

Hvorfor ville et system udvikle sig til at gøre os tykke? Dr. Hooper mener, at det kunne have udviklet sig for at sætte pattedyr i stand til at bruge energi effektivt for at øge immuniteten i et miljø med madmangel.

"Denne regulatoriske interaktion udviklede sig sandsynligvis ikke til at gøre os overvægtige, men i kombination med nutidens kaloririge kostvaner, fedme opstår, " hun sagde, tilføjer, at dette er spekulation, og teamet arbejder stadig på at forstå alle vejens komponenter.

"Vores resultater tyder også på, at forstyrrelse af interaktionerne mellem mikrobiota og kroppens ur kan gøre os mere tilbøjelige til at blive overvægtige. Disse forstyrrelser sker ofte i det moderne liv, når vi tager antibiotika, arbejde vagter natten over, eller rejse internationalt. Men vi tror, ​​at vores fund i sidste ende kan føre til nye behandlinger af fedme - og muligvis underernæring - ved at ændre bakterierne i vores tarm. "

• NAU -forskere sigter mod at finde mikrobiel forbindelse mellem to almindelige luftvejssygdomme
• Bedre metoder er nødvendige for at identificere mennesker med risiko for leversygdom