Как организм управляет запасами сахара и почему это важно для здоровья
Учёные из австралийского института медицинских исследований имени Уолтера и Элизы Холл сообщили об открытии, которое может заметно изменить представления о том, как организм хранит и расходует сахар. Исследование опубликовано в журнале Nature. Его авторы описали механизм, который раньше не был известен: оказалось, что организм может напрямую влиять на гликоген — форму запаса сахара, которая накапливается в печени и мышцах.
Когда человек ест пищу, содержащую углеводы, часть полученной энергии организм использует сразу. Излишки он переводит в гликоген. Это удобный запас на случай, если между приёмами пищи понадобится быстро получить энергию. Такой механизм изучают уже очень давно. Его проходят студенты медицинских и биологических факультетов, потому что обмен гликогена считается одной из базовых тем. Казалось, что главные правила здесь давно описаны. Но новое исследование доказывает, что в этой системе есть ещё один уровень контроля, который раньше оставался незамеченным. Речь идёт об убиквитине. Обычно его знают как небольшой белок, который помогает клетке управлять другими белками. Он как будто ставит на них метки, по которым клетка понимает, что нужно переработать, удалить или изменить. Это один из внутренних механизмов порядка, без которого клетка быстро захламлялась бы повреждёнными молекулами.
Но теперь выяснилось нечто неожиданное. Гликоген не является белком: это молекула сахара. Поэтому долгое время никто не ожидал, что убиквитин может взаимодействовать с ним таким образом. Однако исследователи доказали, что убиквитин способен прикрепляться не только к белкам, но и к сахарам. Это удалось увидеть в клетках человека и на животных моделях. По сути, учёные обнаружили, что организм может помечать гликоген и таким способом регулировать его распад. Один из руководителей работы, объяснил значение открытия так: прежние учебники не ошибались, но теперь их, вероятно, придётся дополнить. По его словам, исследование показывает существование второго пути управления гликогеном. Этот путь может включаться тогда, когда организму нужно быстро изменить количество запасённого сахара.
Особенно важным открытие может оказаться для людей с болезнями, при которых в тканях накапливается слишком много гликогена. Есть редкие наследственные заболевания, при которых организм не может нормально создавать или расщеплять гликоген. Такие состояния часто трудно лечить, а иногда доступных вариантов терапии почти нет. Избыточное накопление гликогена также связано с более распространёнными проблемами: сахарным диабетом, ожирением, болезнями печени, сердца и сосудов.
Современные препараты, влияющие на уровень сахара, часто работают через гормональные механизмы. Они помогают организму лучше регулировать аппетит, выработку инсулина или использование глюкозы. Это уже серьёзный шаг вперёд. Но если первичная проблема находится в самом накопленном гликогене, то непрямого воздействия может быть недостаточно. Авторы исследования считают, что их работа впервые показывает путь, который потенциально позволит воздействовать ближе к источнику проблемы.
Открытие пока не означает, что завтра появится новое лекарство от диабета или ожирения. Между лабораторным механизмом и препаратом для пациентов всегда проходит большой путь. Нужно подтвердить результаты на животных, затем изучить безопасность, понять возможные побочные эффекты и только потом переходить к клиническим испытаниям. Но сама идея прямого влияния на гликоген выглядит очень сильной. Наука часто движется именно так: сначала обнаруживается неизвестная деталь, а спустя годы она становится основой для лечения.
Удача в науке чаще приходит к тому, кто подготовлен её заметить.
Луи Пастер
Таким инструментом стала новая лабораторная методика, которую команда разрабатывала около четырёх лет. Она позволила искать случаи, когда убиквитин прикрепляется не к белкам, а к другим молекулам. Раньше такие события было крайне сложно обнаружить. Поэтому целый пласт клеточной регуляции мог просто выпадать из поля зрения. Один из авторов работы фактически отметил, что без этой методики новый механизм так и остался бы скрытым.
Исследователи не ограничились только гликогеном. С помощью своего метода они также нашли следы взаимодействия убиквитина с другими небольшими молекулами, участвующими в обмене веществ, что делает открытие ещё шире. Получается, он может быть не только «меткой» для белков, как считалось раньше. Возможно, убиквитин участвует в более тонкой настройке обмена веществ, чем предполагали учёные. Если это подтвердится, биохимикам придётся пересмотреть часть привычных представлений о клеточном контроле.
Самая показательная часть работы была связана с печенью мышей. Учёные сравнивали состояние животных после кормления и во время голодания. Когда организм не получает пищу, он начинает расходовать гликоген, чтобы поддерживать уровень энергии. В этот момент исследователи увидели увеличение убиквитиновых меток на гликогене. Это выглядело так, будто убиквитин участвует в запуске или настройке процесса распада сахарных запасов. Затем учёные смогли усилить такое «меточное» воздействие на гликоген в клетках. В результате количество гликогена уменьшалось. Именно этот факт делает работу особенно перспективной. Если в будущем удастся научиться безопасно управлять этим процессом в организме человека, можно будет разрабатывать новые подходы к болезням, связанным с избытком гликогена.
Но у любой мощной идеи есть обратная сторона. Гликоген нужен человеку: он не является врагом сам по себе. Без него мышцы и печень потеряли бы важный источник быстрой энергии. Поэтому задача медицины не в том, чтобы просто «убрать сахарные запасы», а в том, чтобы восстановить правильный баланс. Это принципиальная разница. Организм похож не на склад, где можно выбросить лишние коробки, а на сложную систему управления. Вмешательство должно быть точным, иначе польза легко может смениться вредом.
