Исследователи под руководством Кейго Мориты и Шинья Куроды из Токийского университета выявили временное нарушение метаболизма у мышей с ожирением при адаптации к голоданию, несмотря на отсутствие существенных структурных нарушений в молекулярной сети. Это прорывное открытие, поскольку исследования, включающие временное измерение в биологии, были печально известны своей трудоемкостью, а извлечение систематических сведений из больших данных было сложным.
Это исследование , опубликованное в журнале Science Signaling, прокладывает путь для дальнейших исследований более общих метаболических процессов, таких как потребление пищи и прогрессирование заболеваний.
Живым существам необходимо постоянно извлекать энергию из «пищи» и распределять ее по телу, чтобы оставаться в живых, то есть поддерживать свой метаболизм, чтобы их тела находились в оптимальном диапазоне, называемом «гомеостаз». Голодание является одним из самых серьезных нарушений этой системы. При адаптации к голоданию печень, которая играет центральную роль в метаболизме, координирует не только то, какие молекулы должны действовать, но и когда.
«Молекулы внутри клеток образуют большую сеть», — говорит Курода, главный исследователь, — «содержащую небольшое количество молекул, регулирующих множество метаболических реакций, называемых молекулами-концентраторами. Однако систематическое понимание временной координации молекул в печени было труднодостижимым из-за отсутствия всесторонних данных временных рядов во время голодания».
Исследователи решили заполнить этот пробел, сравнив печень здоровых и страдающих ожирением мышей. Их измерения показали четкую разницу между молекулами-концентраторами здоровых и страдающих ожирением клеток печени. Первые содержали связанные с энергией молекулы АТФ и АМФ, а вторые — нет. Такое четкое различие между молекулами-концентраторами могло бы структурно нарушить молекулярную сеть. Однако исследователи не обнаружили таких нарушений, поэтому они исследовали временное измерение.
«Мы всесторонне измерили временные изменения различных молекул, — говорит Курода, — и обнаружили, что молекулы-концентраторы в здоровой печени реагировали на голодание быстрее, чем другие молекулы. Это предполагает хорошо контролируемый временной порядок молекулярных сетей в здоровой печени во время голодания. С другой стороны, эта координация исчезла в печени мышей с ожирением».
Другими словами, хотя структура молекулярной сети во время голодания оставалась прочной, она стала временно уязвимой к ожирению. Метод, который привел к этому открытию, сочетающий структурный и временной анализ внутриклеточной молекулярной сети, может быть применен к другим исследованиям, включающим наборы данных из нескольких «омов», таких как геном или микробиом, открывая возможности для дальнейших исследований. Курода описывает их следующий проект.
«Наш подход успешно описал глобальный ландшафт адаптации к голоданию, сложному биологическому явлению. Мы хотели бы обобщить наши знания о метаболической сети во время голодания на метаболическую сеть во время приема пищи или прогрессирования заболевания».
