Основным регулятором энергетического гомеостаза у млекопитающих выступают мышцы, особенно сердечная и скелетные. При дефиците глюкозы, например в периоды голода или физических нагрузок, они используют для питания липиды. Накопление последних в периферических тканях опосредует совместная работа печени и адипоцитов и жизненно необходимо для нормального функционирования организма. При этом сами мышцы как эндокринный орган могут влиять на метаболизм в других частях тела, в том числе печени. Однако детали этого механизма и его связь с потребностями мышц в дополнительной энергии неясны. Известно, что переключение от глюкозы к липидам обусловливают белки Foxo.

Согласно прошлым работам, Foxo мышц у дрозофил (Drosophila melanogaster) регулирует выработку лиганда, который активирует сигнальный путь JAK/STAT (играет важную роль в онтогенезе) и аналогичен лептину млекопитающих. Чтобы выяснить, как происходит взаимодействие между жировой тканью и мышцами, специалисты из Техасского научно-исследовательского центра по вопросам здоровья A&M провели на D. melanogaster серию экспериментов. Выбор модельного организма был обусловлен сходством агентов, участвующих в обмене веществ у этих насекомых и позвоночных, а также сравнительной доступностью для генной инженерии. На первом этапе ученые нокаутировали ген, кодирующий Foxo.

Последующий анализ показал, что нарушение работы фактора транскрипции привело к почти двукратному сокращению объема запасов в жировом теле — специальной ткани между органами, которая обеспечивает метаболизм насекомых. Кроме того, снизилось и количество липидов, циркулирующих в гемолимфе. Помимо переноса кислорода, неорганических солей и других органических соединений эта жидкость выполняет функцию хранилища жирных кислот, которые мышцы могут быстро извлечь. Затем исследователи проверили, насколько принципиальна локализация Foxo в мышцах для опосредования эффекта. Любопытно, что выключение белка в жировом теле не отразилось на объеме запасов.

Модель накопления запасов жира у D. melanogaster / ©Xiao Zhao et al., Current Biology, 2017

Наконец, авторы изучили механизм, с помощью которого фактор транскрипции регулирует жировой обмен. Выяснилось, что блокировка Foxo через увеличение экспрессии лиганда вызывает рост адипокинина (AKH) — аналога глюкагона, гормона поджелудочной железы. Последний, в свою очередь, ускоряет разложение питательных веществ в клетках. Таким образом, дрозофилы с мутантным белком быстрее, чем контрольные, расходовали запасы, что приводило к сокращению липидов, необходимых для мышц. Каскад при этом зависел от циркадных ритмов, активируясь в светлое время суток. По словам ученых, работа подтверждает, что мышцы участвуют в системном формировании энергетических резервов.

Статья опубликована в журнале Current Biology.