Neurologii de la Școala de Medicină a Universității Tufts din Boston, Massachusetts, Statele Unite, au folosit editarea genomului CRISPR pentru a identifica un circuit neuronal din hipotalamus ca principal mecanism de mediere a leptinei anti-obezitate și anti-diabet a hormonului și au identificat două distincte mecanisme care stau la baza inhibării apetitului de către leptină.

prevenirea

Cercetarea, publicată în ediția online a revistei ‘Nature’, avansează eforturile de a găsi terapii mai eficiente pentru obezitate, diabetul de tip 1 și tip 2 și complicațiile acestora.

Deși descoperirea sa premiată a transformat studiul obezității în urmă cu mai bine de 20 de ani, mecanismele leptinei rămân un mister. Secretată de celulele grase albe, leptina acționează în creierul oamenilor și al multor alte animale ca un semnal de sațietate pentru a reduce pofta de mâncare și a menține greutatea stabilă și nivelurile de zahăr din sânge.

Dereglarea leptinei sau a receptorilor săi duce la apetitul vorace și la supraalimentare (hiperfagie), obezitate și diabet de tip 2 (reprezentând aproximativ 91 la sută din diabetul adult diagnosticat în Statele Unite, care afectează aproximativ 21 de milioane de persoane). Suplimentele de leptină sunt în general ineficiente pentru aceste tulburări deoarece, din motive necunoscute, majoritatea persoanelor obeze sunt rezistente la leptină, iar aplicațiile clinice ale leptinei rămân limitate în ciuda unui studiu amplu.

Desi receptorii leptinei sunt cunoscuti a fi exprimati in multe tipuri neuronale, cercetari ample nu au descoperit un grup specific de neuroni care mediaza efectele primare ale leptinei sau mecanismele moleculare implicate. Chiar dacă acel grup specific de neuroni există, este și controversat. Fără a identifica ținta efectivă la care funcționează leptina, este dificil să-i studiezi calea sau chiar să testezi în mod eficient orice ipoteză ", spune autorul principal al lucrării, Dong Kong, profesor asistent de neuroștiințe la Școala de Medicină Tufts.

„Studiul nostru mecanicist oferă informații importante cu privire la principalele probleme - cum funcționează leptina și cum se dezvoltă rezistența la leptină - și cu privire la transformarea leptinei într-o moleculă mai utilizabilă clinic pentru a combate obezitatea și diabetul. Sperăm, de asemenea, că strategia noastră de cercetare și instrumentele genetice vor inspira alți cercetători din zonele neurobiologice și metabolice. ".

Pentru a căuta ținte de leptină în creier, Kong și echipa sa au început cercetările pe baza descoperirii adesea trecute cu vederea că leptina corectează diabetul de tip 1 într-un mod independent de insulină, prevenind cu succes problema sensibilității la leptină. Cercetătorii Tufts au indus diabetul la șoarecii adulți non-obezi cu medicamentul streptozotocin (STZ), care descompune celulele beta pancreatice și oprește producția de insulină și leptină, și apoi a cartografiat pe larg activitatea neuronală a creierului.

Diabetul invers

„Am constatat că neuronii AgRP [producători de proteine ​​asociați cu agouti] din hipotalamus au fost extrem de activi la acești șoareci și am suspectat că deficitul de leptină indus de STZ cauzează acest lucru. Am fost entuziasmați când am folosit cu succes leptina pentru a inhiba neuronii AgRP și pentru a inversa rapid diabetul ”, spune co-autorul articolului Christopher Bartolome, student în programul de neuroștiințe de la Sackler School of Graduate Biomedical Sciences at Tufts, unde Kong este și membru. de la Facultățile de Neuroștiințe și Biologie celulară, moleculară și de dezvoltare.

Primii cercetători în leptină au sugerat că neuronii AgRP ar putea fi o țintă directă a hormonului. Mai târziu, însă, majoritatea oamenilor de știință au renunțat la această idee deoarece eliminarea receptorilor de leptină pe neuronii AgRP folosind popularul sistem de editare a genei Cre-LoxP nu ar putea reproduce nici obezitatea, nici diabetul găsit la șoarecii crescuți pentru a nu avea receptori. Kong și echipa sa s-au întrebat dacă obezitatea cronică și diabetul prezent la astfel de șoareci de la naștere ar putea ascunde modul în care a funcționat leptina.

Pentru a confirma că leptina vizează într-adevăr neuronii AgRP, o constatare care depășește opinia dominantă, neurologii Tufts au dezvoltat o nouă tehnologie de editare a genomului CRISPR care a folosit un virus adeno-asociat pentru a transporta ARN-ul de ghidare pentru a elimina în mod specific receptorii. Șoareci.

Capacitatea tehnologiei de a viza adulți a fost importantă, deoarece neuronii AgRP în timpul dezvoltării sunt cunoscuți ca fiind susceptibili la șocuri asociate uneori cu editarea genei Cre-Lox, o sensibilitate care ar putea explica de ce studiile anterioare care foloseau tehnici Cre-LoxP nu au avut niciun efect asupra greutății corporale.

Am descoperit că îndepărtarea receptorilor de leptină pe neuronii AgRP a indus obezitate marcată și diabet și a atenuat foarte mult antiobezitatea și efectele antidiabetice ale leptinei. Acest lucru a demonstrat că neuronii AgRP reprezintă site-ul principal din creier pentru a media efectele leptinei ”, spune Kong, care a adoptat timpuriu tehnicile CRISPR. Tulpina inhibă neuronii AgRP pre și postsinaptic.

Cercetătorii nu numai că au identificat AgRP ca fiind ținta neuronală majoră a leptinei din creier și un accent important pentru dezvoltarea obezității și tratamentul diabetului, dar au descoperit, de asemenea, două mecanisme distincte prin care leptina inhibă acești neuroni.: Unul este un presinaptic mecanism în care neuronii care secretă puternicul neuroinhibitor GABA inervează neuronii AgRP pentru a media efectele acute ale leptinei în hrănire și celălalt un mecanism postsinaptic în care este necesar un canal de potasiu sensibil la nucleotide ATP pentru ca leptina să acționeze asupra neuronilor AgRP pentru a regla echilibrul energetic, aport alimentar și zahăr din sânge.

„Aceste descoperiri sunt foarte importante, deoarece înțelegerea deplină a bazei neuronale a efectelor leptinei ar putea ajuta la o mai bună înțelegere a cauzelor obezității, rezistenței la leptină și, cel mai important, dezvoltarea terapiilor bazate pe mecanisme”, spune co-autorul articolului, Jie Xu, postdoctoral. cercetător în laboratorul lui Kong.