В течение почти 300 лет исследователям было известно, что температура тела подчиняется суточному, или 24-часовому ритму, с пиком в течение дня и минимумом в ночное время. Преимущество этого контроля во время эволюции могло заключаться в сохранении энергии во время сна, потому что поддержание температуры тела выше окружающей температуры требует производства тепла за счет метаболических процессов внутри тела. Но также очень важно иметь возможность адаптироваться к изменениям температуры окружающей среды, независимо от времени суток.
Однако механизм, отвечающий за координацию суточного ритма температуры тела и адаптацию к экологическим проблемам, неизвестен. Теперь лаборатория Митчелла А. Лазар, доктор медицинских наук, директор Института диабета, ожирения и метаболизма Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета объясняет в журнале Nature, как ритмы температуры тела синхронизируются, сохраняя при этом способность адаптироваться к изменениям температуры окружающей среды независимо от температуры окружающей среды. время дня или ночи.
"В нашем современном обществе еды много, и для большинства людей экономия калорий в ночное время вряд ли будет преимуществом", говорит Лазарь. "Если этот же механизм существует у людей, и мы сможем безопасно нацелить его, у нас может быть новый способ борьбы с ожирением и связанными с ним состояниями, такими как диабет и болезни сердца."
Команда Лазара, в том числе ведущий автор Захари Герхарт-Хайнс, доктор философии.D., обнаружили, что способность мышей противостоять воздействию низких температур была выше в 5:00 утра, когда мыши бодрствуют, по сравнению с 17:00, когда они обычно спят. Было обнаружено, что эта ранее нераспознанная циркадная восприимчивость к холоду контролируется белком Rev-erb альфа, который является молекулярным компонентом механизма биологических часов организма.
Действительно, мыши, у которых отсутствует альфа-белок Rev-erb, имели аналогичную переносимость холода в течение 24-часового дня, а также утратили физиологический циркадный ритм температуры тела. Коллектив авторов из Пенна представляет широкий круг специалистов, в том числе тех, кто изучает физиологию бурого жира, радиологию для ПЭТ-сканирования экспериментальных мышей, и основных физиологов, которые исключили дрожь как механизм объяснения полученных результатов.
Команда Пенна пришла к выводу, что Rev-erb alpha действует как фокус для повышения и понижения температуры тела и необходим для установления и поддержания основного температурного ритма тела, обеспечивая при этом способность адаптироваться к требованиям окружающей среды, связанным с непредсказуемыми изменениями температуры окружающей среды.
Роль коричневого жира
Эффекты Rev-erb alpha были вызваны в основном циркадной регуляцией в коричневой жировой ткани, обычно называемой бурым жиром, топкой тела. Бурые жировые клетки, в отличие от белых жировых клеток, производят тепло для тела и, как считается, эволюционировали, чтобы помочь млекопитающим справляться с холодами. Но их роль в генерировании тепла также может быть применена к борьбе с ожирением и диабетом. Считается, что коричневые жировые клетки противодействуют ожирению, сжигая избыточную энергию, запасенную в липидах, но белые жировые клетки накапливают энергию. Действительно, коричневые жировые клетки содержат множество более мелких капелек липидов и большинство митохондрий (содержащих пигментированные цитохромы, связывающие железо) любого типа клеток, что делает их коричневыми. Митохондрии – это энергетические фабрики клеток в форме молекулы АТФ.
Мыши, которые подвергаются воздействию холода, значительно лучше – температура их тела понижается меньше – рано утром, когда альфа Рев-Эрба почти не присутствует, по сравнению с поздним днем, когда альфа Рев-Эрба в изобилии. Делеция гена Rev-erbα заметно улучшает переносимость холода в 17:00, указывая на то, что устойчивость к холоду связана с более низкими уровнями белка альфа Rev-erb.
В частности, включению разобщающего белка 1 (UCP1) при низких температурах предшествует быстрое подавление Rev-erbα в буром жире. Rev-erb альфа репрессирует UCP1 автономно от коричневых жировых клеток – эффект непосредственно в коричневом жире, а не через нервную систему. Уровни UCP1 бурого жира высоки у мышей без Rev-erbα, даже если температура окружающей среды остается постоянной. Генетическая потеря Rev-erbα также отменяет нормальные ритмы температуры тела и активности бурого жира.
Недавнее открытие коричневой жировой ткани у людей предполагает, что тот же механизм может лежать в основе ежедневных колебаний температуры тела у людей. Хотя снижение температуры тела могло иметь преимущество в выживании во время эволюции, за счет сохранения запасов энергии, когда пищи было мало, в наше время более низкая температура тела и, следовательно, более низкий метаболизм и уменьшение сжигания накопленных жиров во время сна могут способствовать ожирению. проблема. Знание механизма, который снижает температуру тела в ночное время, может помочь сжигать калории во время сна.