Varför forskare studerar viloläge för att ta itu med fetma
Många däggdjur går upp i vikt och blir insulinresistenta under hösten. Dessa förändringar är emellertid lätt reversibla och däggdjur kommer inte att utveckla några ytterligare ohälsosamma symptom. Forskare tror att förklaringen till detta ligger i mekanismer associerade med viloläge.
Bildkredit: Liten brun fladdermus av Ann Froschauer / U.S. Fish and Wildlife Service / via Wikimedia Commons
Forskare har insett det faktum att ett brett utbud av djur har "supermakter".
Specifikt kan samma förhållanden som påverkar människor - varav vissa kan vara livshotande - kanske inte påverka djur alls.
Två sådana exempel är elefanter och valar, vars cancerrisk är praktiskt taget noll. Det är osannolikt att andra djur utvecklar metaboliska tillstånd som fetma. Varför är detta?
Forskarna Elliott Ferris och Christopher Gregg, från University of Utah i Salt Lake City, tror att viloläge kan ha något att göra med det.
Många däggdjur över hela världen vilar under den kalla årstiden. Viloläge kännetecknas av att man går in i ett sömnliknande tillstånd där kroppstemperaturen sjunker, andningen saktar ner, hjärtat slår långsammare och alla andra metaboliska (automatiserade, självreglerande fysiologiska processer) saktar ner.
Detta gör att vilande djur kan överleva under vintermånaderna, när maten blir knapp och levnadsförhållandena mindre vänliga.
Som Ferris och Gregg noterar i sitt nya studiearbete i tidskriften Cellrapporter, många vilande djur lägger faktiskt mycket vikt i uppbyggnaden till viloläge. De blir också insulinresistenta.
Dessa är två aspekter som är karakteristiska för fetma. Men i viloläge betyder de bara att djuren har tillgång till en snabb reserv av fett under vintermånaderna.
Till skillnad från när människor utvecklar fetma kan viloläge senare lätt tappa extra vikt, och deras kroppar vänder automatiskt insulinresistens. Till skillnad från människor med fetma utvecklar inte vilande däggdjur högt blodtryck eller låggradig inflammation, som båda kan leda till ytterligare hälsoproblem.
Av dessa skäl anser Ferris och Gregg att vissa genetiska mekanismer som är involverade i reglering av viloläge också kan spela en roll i fetma.
Prodding hemligheterna med icke-kodande DNA
"Hibernators har utvecklat en otrolig förmåga att kontrollera deras ämnesomsättning", förklarar Gregg, docent vid Institutionen för neurologi och anatomi vid University of Utah.
"Metabolism formar riskerna för många olika sjukdomar, inklusive fetma, typ 2-diabetes, cancer och Alzheimers sjukdom", tillägger han. "Vi tror att förståelsen av de delar av genomet som är kopplade till viloläge kommer att hjälpa oss att lära oss att kontrollera riskerna för vissa av dessa större sjukdomar."
"En stor överraskning från vår nya studie är att dessa viktiga delar av genomet var dolda för oss i 98% av genomet som inte innehåller gener - vi brukade kalla det" skräp-DNA ", säger Gregg.
För sin nya studie analyserade Gregg och Ferris genomerna hos fyra vilande däggdjursarter: den trettonfodrade ekorren, den lilla bruna fladdermusen, den grå muslemuren och den mindre igelkott tenrec.
När man jämför dessa arters genom fann forskarna att de alla hade utvecklats - på oberoende basis - en serie korta DNA-sektioner som kallades "parallella accelererade regioner."
Accelererade regioner finns också hos människor, även om forskare förstår väldigt lite om dem. Vad forskare hittills vet är att accelererade regioner har icke-kodande DNA och att de inte förändrades mycket när däggdjur utvecklades genom åren.
Med undantag för människor, det vill säga i vilka de plötsligt började förändras och skiftas runt den tid då vi splittrades från våra primater "kusiner".
Efter ytterligare analys av data märkte forskarna att parallella accelererade regioner verkar nära gener kopplade till fetma hos människor.
För att bekräfta länken mellan accelererade regioner och gener som spelar en roll i fetma kontroll, analyserade Gregg och Ferris sedan en mycket specifik uppsättning gener: de som driver Prader-Willis syndrom, ett sällsynt genetiskt tillstånd hos människor.
Bland andra symtom kännetecknas detta tillstånd av en överdriven aptit, vilket kan leda till ohälsosam viktökning och fetma.
När man tittade på generna kopplade till Prader-Willis syndrom fann forskarna att dessa gener är associerade med mer viloläge accelererade regioner jämfört med gener som inte spelade en roll i detta genetiska tillstånd.
”Att lägga grunden för ny forskning”
Efter dessa resultat föreslår Gregg och Ferris nu att viloläge kan ha utvecklat mekanismer som gör att de automatiskt kan "stänga av" aktiviteten hos vissa gener associerade med fetma. Detta är inte fallet för icke-vilande däggdjur.
Utredarna identifierade också så många som 364 genetiska element som kan hjälpa både att reglera viloläge och kontrollera fetma.
"Våra resultat visar att viloläge accelererade regioner berikas nära gener kopplade till fetma i studier av hundratusentals människor, liksom nära gener kopplade till en syndromisk form av fetma", säger Ferris.
"Därför, genom att samla ihop data från människor och viloläge, kunde vi avslöja kandidatmästerreglerande växlar i genomet för att kontrollera övervikt hos däggdjur," tillägger han.
Med hjälp av specialiserad genredigeringsteknik testar forskarna för närvarande rollen för dessa 364 genetiska element i musmodeller. De hoppas att deras resultat så småningom kommer att hjälpa dem att hitta ett sätt att kontrollera inte bara fetma utan också andra tillstånd relaterade till metaboliska mekanismer.
”Eftersom fetma och ämnesomsättning formar risker för så många olika sjukdomar är upptäckten av dessa delar av genomet en riktigt spännande insikt som lägger grunden för många viktiga nya forskningsriktningar. Vi har nya projekt som dyker upp för åldrande, demens och metaboliskt syndrom. ”
Christopher Gregg
