Lo studio scopre la molecola che collega l'aumento di peso ai batteri intestinali

I ricercatori dell'UT Southwestern hanno scoperto un fattore chiave della diafonia che aiuta a sincronizzare l'assorbimento dei nutrienti nell'intestino con i ritmi del ciclo di luce giorno-notte della Terra.

I loro risultati potrebbero avere implicazioni di vasta portata per l'obesità nei paesi ricchi e la malnutrizione nei paesi poveri.

Nello studio, pubblicato questa settimana da Scienza , La dottoressa Lora Hooper e il suo gruppo di ricerca hanno scoperto che il commensale, o buono, i batteri che vivono nelle viscere dei mammiferi programmano i ritmi metabolici che regolano l'assorbimento dei grassi alimentari da parte dell'organismo. Dottor Hooper, Presidente di Immunologia e ricercatore dell'Howard Hughes Medical Institute, è autore senior dello studio.

Lo studio ha anche scoperto che i microbi programmano questi cosiddetti ritmi circadiani attivando una proteina chiamata istone deacetilasi 3 (HDAC3), che è fatto da cellule che rivestono l'intestino. Queste cellule fungono da intermediari tra i batteri che aiutano la digestione del cibo e le proteine ​​che consentono l'assorbimento dei nutrienti.

Lo studio, fatto nei topi, ha rivelato che l'HDAC3 attiva i geni coinvolti nell'assorbimento dei grassi. Hanno scoperto che l'HDAC3 interagisce con il meccanismo dell'orologio biologico all'interno dell'intestino per perfezionare il flusso e riflusso ritmico delle proteine ​​che migliorano l'assorbimento dei grassi. Questa regolazione si verifica durante il giorno negli esseri umani, che mangiano durante il giorno, e di notte nei topi, che mangiano di notte.

Il microbioma comunica effettivamente con il nostro meccanismo metabolico per rendere più efficiente l'assorbimento dei grassi. Ma quando il grasso è sovrabbondante, questa comunicazione può provocare obesità. Se la stessa cosa sta accadendo in altri mammiferi, compresi gli umani, è oggetto di studi futuri."

Dottor Zheng Kuang, borsista post-dottorato nel laboratorio Hooper e autore principale

Per tornare indietro nel tempo, la storia inizia davvero con alcuni topi e diafonia tra due laboratori della UT Southwestern.

Dottor Hooper, che gestisce la colonia di topi privi di germi dell'Università, che vengono allevati in ambienti privi di microbi, è anche professore di immunologia e microbiologia e membro del Centro per la genetica della difesa dell'ospite. Tiene il Jonathan W. Uhr, M.D. Distinguished Chair in Immunologia, ed è Nancy Cain e Jeffrey A. Marcus Scholar in Medical Research, in onore di Bill S. Vowell.

Le modificazioni dell'istone - che sono fatte da enzimi come l'HDAC3 - controllano l'espressione dei geni che a loro volta producono le proteine ​​che svolgono il lavoro della cellula. Non molto tempo fa, il laboratorio Hooper ha deciso di fare uno studio sui topi delle modificazioni degli istoni che sembravano salire e scendere insieme ai ritmi circadiani.

Nel confronto normale, topi carichi di batteri con quelli privi di germi, i ricercatori hanno scoperto che alcune modificazioni dell'istone - comprese quelle apportate da HDAC3 - erano circadiane nei topi normali, ma mantenuto stabile a un livello piatto nei topi privi di germi.

Fu allora che il dottor Hooper contattò il dottor Eric Olson, Cattedra di Biologia Molecolare e Direttore dell'Hamon Center for Regenerative Science and Medicine, che aveva fatto studi su HDAC3 in un tessuto diverso, il cuore. I due laboratori hanno collaborato per sviluppare un topo privo di HDAC3 solo nel rivestimento intestinale.

I topi che hanno generato sembravano insignificanti mentre seguivano una normale dieta chow. Però, quando i ricercatori hanno nutrito i topi con un alto contenuto di grassi, dieta ricca di zuccheri simile a quella comunemente consumata negli Stati Uniti - hanno trovato qualcosa di molto diverso.

"La chiamiamo dieta del cibo spazzatura. La descrivo come guidare in un fast food per un hamburger e patatine fritte e poi fermarsi al negozio di ciambelle, " ha detto. "La maggior parte dei topi su quella dieta diventano obesi. Con nostra sorpresa, quelli che non avevano HDAC3 nel loro rivestimento intestinale erano in grado di mangiare un alto contenuto di grassi, dieta ricca di zuccheri e rimanere magri."

Prossimo, hanno confrontato i topi con deficit di HDAC3 con i topi privi di germi. I ricercatori hanno scoperto che entrambi i gruppi di topi mostravano lo stesso piatto, modificazioni istoniche non ritmiche, confermando l'importanza di HDAC3 nei ritmi circadiani.

Ogni cellula del corpo ha un orologio molecolare che governa i processi corporei. Lo studio sui topi ha rivelato che l'HDAC3 si attacca a quel meccanismo dell'orologio cellulare per garantire che l'assorbimento del grasso sia massimo quando i mammiferi sono svegli e mangiano.

"I nostri risultati suggeriscono che il microbioma e l'orologio circadiano si sono evoluti per lavorare insieme per regolare il metabolismo, " lei disse.

Perché un sistema dovrebbe evolversi per farci ingrassare? Il Dr. Hooper crede che potrebbe essersi evoluto per consentire ai mammiferi di utilizzare l'energia in modo efficiente per aumentare l'immunità in un ambiente con scarsità di cibo.

"Questa interazione normativa probabilmente non si è evoluta per renderci obesi, ma se combinato con le diete ricche di calorie di oggi, sorge l'obesità, " lei disse, aggiungendo che si tratta di speculazioni e che il team sta ancora lavorando per comprendere tutte le componenti del percorso.

"I nostri risultati suggeriscono anche che interrompere le interazioni tra il microbiota e l'orologio biologico potrebbe renderci più inclini a diventare obesi. Queste interruzioni si verificano frequentemente nella vita moderna quando assumiamo antibiotici, lavorare su turni notturni, o viaggiare all'estero. Ma pensiamo che i nostri risultati potrebbero alla fine portare a nuovi trattamenti per l'obesità - e forse la malnutrizione - alterando i batteri nelle nostre viscere".

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