Studie avdekker molekyl som knytter vektøkning til tarmbakterier

UT sørvestlige forskere har funnet en nøkkeldriver for krysstalen som hjelper til med å synkronisere absorpsjonen av næringsstoffer i tarmen med rytmene i jordens lyssyklus om dagen.

Funnene deres kan ha omfattende konsekvenser for fedme i velstående land og underernæring i fattige land.

I studien, utgitt denne uken av Vitenskap , Dr. Lora Hooper og hennes forskerteam fant at kommensalen, eller bra, bakterier som lever i tarmene til pattedyr programmerer de metabolske rytmene som styrer kroppens absorpsjon av fett i kosten. Dr. Hooper, Leder for immunologi og en Howard Hughes Medical Institute Investigator, er seniorforfatter av studien.

Studien fant også at mikrober programmerer disse såkalte døgnrytmene ved å aktivere et protein som heter histondeacetylase 3 (HDAC3), som er laget av celler som strekker tarmen. Disse cellene fungerer som mellomledd mellom bakterier som hjelper til med fordøyelsen av mat og proteiner som muliggjør absorpsjon av næringsstoffer.

Studien, gjort hos mus, avslørte at HDAC3 slår på gener som er involvert i absorpsjonen av fett. De fant ut at HDAC3 samhandler med det biologiske klokkemaskineriet i tarmen for å foredle rytmisk ebbe og strøm av proteiner som forbedrer absorpsjonen av fett. Denne forskriften skjer på dagtid hos mennesker, som spiser i løpet av dagen, og om natten hos mus, som spiser om natten.

Mikrobiomet kommuniserer faktisk med våre metabolske maskiner for å gjøre fettabsorpsjonen mer effektiv. Men når fett er overflodig, denne kommunikasjonen kan føre til fedme. Om det samme skjer hos andre pattedyr, inkludert mennesker, er gjenstand for fremtidige studier. "

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

For å gå tilbake i tid, historien starter virkelig med noen få mus og krysstale mellom to laboratorier ved UT Southwestern.

Dr. Hooper, som driver universitetets koloni av bakteriefrie mus, som vokser opp i miljøer som ikke har mikrober, er også professor i immunologi og mikrobiologi og medlem av Center for Genetics of Host Defense. Hun har Jonathan W. Uhr, M.D. Distinguished Chair in Immunology, og er en Nancy Cain og Jeffrey A. Marcus Scholar i medisinsk forskning, til ære for Bill S. Vowell.

Histonendringer - som er laget av enzymer som HDAC3 - styrer uttrykket av gener som igjen lager proteiner som utfører cellens arbeid. Ikke lenge siden, Hooper -laboratoriet bestemte seg for å gjøre en musestudie av histonendringer som syntes å stige og falle sammen med døgnrytmer.

Ved å sammenligne normalt, bakterieladede mus med bakteriefri, forskere oppdaget at noen histonendringer - inkludert de som ble laget av HDAC3 - var døgnrytme hos vanlige mus, men holdt seg stabilt på et flatt nivå hos bakteriefrie mus.

Det var da Dr. Hooper kontaktet Dr. Eric Olson, Leder for molekylærbiologi og direktør for Hamon Center for Regenerative Science and Medicine, som hadde gjort studier på HDAC3 i et annet vev, hjertet. De to laboratoriene samarbeidet for å utvikle en mus som manglet HDAC3 bare i tarmen.

Musene de genererte virket umerkelige når de spiste et normalt chow -diett. Derimot, da forskerne matet musene med et høyt fettinnhold, sukkerholdig diett som ligner en som vanligvis spises i USA - de fant noe helt annet.

"Vi kaller det junkfood -dietten. Jeg beskriver det som å kjøre gjennom en gatekjøkkenrestaurant for en burger og pommes frites og deretter stoppe ved smultringbutikken, "sa hun." De fleste mus på den dietten blir overvektige. Til vår overraskelse, de som ikke hadde HDAC3 i tarmforingen, kunne spise et høyt fettinnhold, sukkerholdig diett og vær slank. "

Neste, de sammenlignet de HDAC3-mangelfulle musene med de bakteriefrie musene. Forskerne fant at begge grupper av mus viste den samme flat, ikke -rytmiske histonendringer, bekrefter HDAC3s betydning i døgnrytmer.

Hver celle i kroppen har en molekylær klokke som styrer kroppslige prosesser. Musestudien avslørte at HDAC3 festes til det cellulære klokkemaskineriet for å sikre at fettabsorpsjonen er høyest når pattedyr er våkne og spiser.

"Resultatene våre tyder på at mikrobiomet og døgnklokken har utviklet seg til å fungere sammen for å regulere metabolisme, " hun sa.

Hvorfor skulle et system utvikle seg for å gjøre oss tykke? Dr. Hooper mener det kunne ha utviklet seg slik at pattedyr kunne bruke energi effektivt for å øke immuniteten i et miljø med matmangel.

"Dette regulatoriske samspillet utviklet seg sannsynligvis ikke for å gjøre oss overvektige, men kombinert med dagens kaloririke dietter, fedme oppstår, " hun sa, legger til at dette er spekulasjoner, og teamet jobber fremdeles med å forstå alle komponentene i banen.

"Resultatene våre tyder også på at forstyrrelse av samspillet mellom mikrobiota og kroppens klokke kan gjøre oss mer sannsynlig å bli overvektige. Disse forstyrrelsene skjer ofte i moderne liv når vi tar antibiotika, jobbe nattskift, eller reise internasjonalt. Men vi tror at våre funn til slutt kan føre til nye behandlinger for fedme - og muligens underernæring - ved å endre bakteriene i tarmen. "

• NAU -forskere tar sikte på å finne mikrobiell sammenheng mellom to vanlige luftveissykdommer
• Bedre metoder trengs for å identifisere personer som er utsatt for leversykdom