Špecialisti na tvorbu tepla – hnedé tukové bunky

16. okt. 2019 • Biologické vedy

Špecialisti na tvorbu tepla – hnedé tukové bunky

Zuzana Kovaničová pochádza z Bratislavy, kde na Prírodovedeckej fakulte Univerzity Komenského vyštudovala biológiu so špecializáciou na fyziológiu živočíchov a etológiu. V najbližších rokoch by rada prispela k rozvoju kvalitnej vedy na Slovensku. Je fanúšičkou cestovania, kultúry, lyžovania, potápania a kvízov. V tomto roku sa zaradila medzi víťazov konferencie ŠVOČ, keď písala o hormónoch, štítnej žľaze a otužilcoch.

Doktorandské štúdium absolvovala na Lekárskej fakulte v odbore normálna a patologická fyziológia. Počas tohto obdobia sa jej podarilo absolvovať 6-mesačnú stáž na univerzite ETH Zürich, s ktorou jej tím dlhodobo spolupracuje: „Počas bakalárskeho štúdia som sa začlenila do Laboratória diabetu a porúch metabolizmu na Ústave experimentálnej endokrinológie Biomedicínskeho centra Slovenskej akadémie vied, kde sa od začiatku venujem biológii tukového tkaniva a patofyziologickým mechanizmom vzniku obezity a metabolických ochorení.“ Zuzanu, ktorá dodnes pôsobí v Biomedicínskom centre, sme požiadali o rozhovor.

Zuzka, začnem absolútne jednoduchou otázkou, ktorá súvisí s naším tukovým tkanivom. Ako sa v tele tvorí teplo?

Veľká časť tepla sa tvorí ako vedľajší produkt metabolických dejov na zachovanie chodu organizmu vo vnútorných orgánoch, vrátane trávenia potravy. Keď nám je zima, tak vieme, že sa najrýchlejšie zahrejeme svalovou prácou – či už cvičením alebo triaškou. My sa ale venujeme štúdiu mechanizmov tvorby tepla, ktoré sú naštartované pri chlade, avšak nedochádza k traseniu svalov. Špecialistami na takúto tvorbu tepla sú hnedé tukové bunky, ktoré majú natoľko upravené mitochondrie (naše vnútrobunkové elektrárne), že namiesto vyrábania molekúl energie ATP (adenozíntrifosfátu), nevyhnutných na pohon všetkých biochemických dejov v tele, jednoducho spaľujú tuky a cukry na teplo. To je za normálnych okolností veľmi neefektívne hospodárenie so živinami, avšak pri dočasnom vystavení chladu je to rýchly spôsob, ako zachovať telesnú teplotu.

Biele a hnedé tukové bunky v krku človeka - mikroskopický rez. Zdroj: Kovaničová a kolektív

Akú úlohu má v tele aktívny hnedý tuk? Čo dokazuje jeho nedávny objav?

Hnedé tukové tkanivo je orgán nadizajnovaný tak, aby vedel čo najrýchlejšie vytvoriť teplo a rozviesť ho do celého tela. Preto sa nachádza najmä v blízkosti veľkých tepien v krku a hrudníku. Hnedý tuk majú hlavne malé nehibernujúce hlodavce, napríklad myši, ktoré potrebujú prežiť chladné počasie. U človeka sme ho poznali len u novorodencov, ktorí majú obmedzené schopnosti brániť sa pred chladom, a predpokladalo sa, že u dospelých ľudí postupne zaniká. Len pred 10 rokmi bol však náhodne znovuobjavený aktívny hnedý tuk aj u niektorých dospelých ľudí vďaka tomu, že sa zobrazuje rovnakou metódou ako nádory (PET CT alebo magnetická rezonancia). Zistilo sa, že je podobne ako u zvierat aktivovaný chladom, a že jeho množstvo je vyššie u mladších a štíhlejších ľudí a u žien. Tento objav vyvolal obrovský boom a my sme vďaka dlhodobému záujmu, výsledkom a medzinárodnej spolupráci nášho labratória pri výskume energetického metabolizmu a tvorby tepla na túto vlnu jednoducho naskočili. Dnes už vieme, že existuje nielen jeden klasický typ hnedého tuku, ale v oblastiach typicky bieleho tukového tkaniva sa vplyvom napríklad opakovaného chladu môžu tvoriť tzv. béžové tukové bunky, ktoré majú tiež schopnosť tvoriť teplo. Stále však nie je celkom jasné, aké typy buniek tvoria hnedé, resp. béžové tukové tkanivo u človeka, ako vznikajú a ako sú tieto procesy regulované.

Má hnedý tuk potenciálny význam v terapii?

Základom terapeutického potenciálu hnedého tuku je jeho schopnosť z krvi vstrebávať a spaľovať cukry a tuky a zvyšovať energetický výdaj tela bez toho, aby muselo cvičiť. Na druhej strane, samotné cvičenie tiež stimuluje proces hnednutia tuku. Štúdie na zvieratách ukázali, že ak zväčšíme objem hnedého tuku napríklad transplantáciou z iného zvieraťa, má to aspoň na nejakú dobu pozitívne účinky na metabolické zdravie, a to dokonca aj u obéznych zvierat. Znižuje sa hladina cukru v krvi, zlepšuje sa citlivosť na inzulín a redukuje sa množstvo bieleho tuku, a teda aj telesná hmotnosť. Všetko sú to benefity, ktoré by mohli veľmi pomôcť v liečbe obezity alebo cukrovky 2. typu, ktorými dnes trpí stále väčšie percento populácie aj na Slovensku. Snahou celosvetového výskumu je teda prísť na to, ako bezpečným a dostupným spôsobom aktivovať a zväčšiť množstvo hnedého tuku u človeka. Vieme, že opakovaným vystavovaním chladu sa u ľudí naozaj zvyšuje aktivita hnedého tuku, pričom boli popísané pozitívne účinky otužovania na celkový výdaj energie, citlivosť na inzulín či hladiny cholesterolu v krvi.

Prečo ste si do výskumu prizvali otužilcov? Čo ste s ich pomocou skúmali?

Hľadali sme ľudí, u ktorých je najvyššia pravdepodobnosť, že budú mať aktívne hnedé tukové tkanivo, aby sme mohli preskúmať možné mechanizmy jeho aktivácie. Keďže vieme, že hnedý tuk je aktivovaný hlavne chladom, vybrali sme si otužilcov, ktorí pravidelne plávajú v studenej vode, a teda by mali mať dobre vyvinuté všetky mechanizmy tvorby tepla. Predpokladali sme, že pri vystavení chladu by sme mohli u otužilcov zachytiť zmeny molekúl, ktoré sú zapojené do regulácie tvorby tepla.

Zachytili ste tieto zmeny? Podarilo sa vám dospieť aj k výsledkom, ktoré doteraz neboli publikované?

U týchto dobrovoľníkov sme sledovali metabolické a hormonálne zmeny spojené s účinkom akútneho chladového stimulu a tiež rozdiely spojené s adaptáciou na celosezónne plávanie v studenej vode. Zamerali sme sa na hormóny, o ktorých boli účinky na aktiváciu tvorby tepla popísané u zvierat alebo na kultúrach tukových buniek. Nám sa ako prvým podarilo popísať zmeny v hladinách parathormónu (hormón vylučovaný z prištítnych teliesok) vplyvom akútneho chladu u človeka, pričom táto odpoveď bola závislá od intenzity chladu a úrovne otužilosti, adaptácie na chlad. To teda podporuje hypotézu, že parathormón sa podieľa na mechanizmoch tvorby tepla aj u človeka. Hladiny parathormónu v krvi tiež korelovali s množstvom hnedého tuku a s preferenciou človeka metabolicky využívať, teda spaľovať tuky. Úlohu tohto parathormónu v aktivite hnedého tuku sme navyše podporili výsledkami molekulárnych analýz zo vzoriek hnedého tuku, ktoré sme získali v spolupráci s chirurgami pri plánovaných zákrokoch na krku, kde sa hnedý tuk tiež nachádza.

Vaša práca dopadla naozaj úspešne. Ako raz tieto výsledky pomôžu pacientom?

Naše výsledky rozširujú poznanie v oblasti výskumu, ktorého hlavným cieľom je prevencia a liečba chronických metabolických ochorení. Tie sú dnes vďaka sedavému životnému štýlu veľmi rozšírené. Okrem problému obezity sa však možno pozrieť aj na opačnú stranu mince. Uvažuje sa totiž o úlohe parathormónu pri vzniku kachexie, čo je postupná strata svalovej a tukovej hmoty, ktorou často trpia pacienti v neskorších štádiách mnohých chronických ochorení vrátane rakoviny. A v procese kachexie hrá dôležitú úlohu práve aktivácia hnedého tuku. Naše výsledky by teda mohli byť užitočné aj pri zvládaní nadmerného plytvania energetických zásob pri kachexii.

Mgr. Zuzana Kovaničová z Biomedicínskeho centra SAV

Mgr. Zuzana Kovaničová z Biomedicínskeho centra SAV

Zhovárala sa: Monika Hucáková pre Vedu na dosah

Fotografie poskytla: Monika Hucáková

Uverejnila: ZH

Súvisiace:

Hore
Aurelium - centrum vedy
Veda v Centre
Publikácie Veda v CENTRE
kúpa časopisov jún 2016
Quark_2019
Bratislavská vedecká cukráreň
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Extrapolácie 2019
Zaujímavosti vo vede
Európska komisia v Bruseli predstavila dňa 10. 4. 2019 vôbec prvú fotografiu čiernej diery.
Zistite viac