Jak organizm reguluje aktywność komórek produkujących insulinę, aby szybko reagować na zmieniające się warunki? Na to pytanie odpowiedzi szukał zespół badawczy z Uniwersytetu w Würzburgu.
Hormon insulina odgrywa kluczową rolę w metabolizmie wielu organizmów. Gdy pożywienia jest pod dostatkiem, insulina wspomaga wchłanianie i magazynowanie energii. W okresach głodu jej wydzielanie zostaje ograniczone, co pozwala organizmowi oszczędzać energię lub szukać alternatywnych źródeł. Aby zapewnić przetrwanie, system ten musi być precyzyjnie wyważony – jego rozregulowanie prowadzi do cukrzycy i innych chorób metabolicznych.
U ludzi insulina jest produkowana w trzustce, natomiast u muszki owocowej Drosophila hormon ten wytwarzają neurony znajdujące się na powierzchni mózgu. Komórki te uwalniają insulinę bezpośrednio do hemolimfy – płynu pełniącego u owadów funkcję krwi. Mimo tych różnic system insulinowy muszek owocowych i ludzi wykazuje znaczące podobieństwa.
Wyniki opublikowane w czasopiśmie eLife
Zespół naukowców z Uniwersytetu Juliusza Maksymiliana w Würzburgu (JMU) przeanalizował funkcjonowanie komórek produkujących insulinę u muszki owocowej. Badacze chcieli określić, jak te komórki współpracują z innymi neuronami w mózgu owada, aby zapewnić skoordynowaną reakcję na zmieniające się warunki metaboliczne i wewnętrzne potrzeby organizmu.
Wyniki badania zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie eLife. Kierownikiem projektu był dr Jan M. Ache, lider grupy badawczej Emmy Noethera w Katedrze Neurobiologii i Genetyki w Biozentrum JMU.
Monitorowanie aktywności pojedynczych komórek
Dotychczas niewiele było wiadomo na temat tego, jak komórki produkujące insulinę (IPC – insulin-producing cells) reagują na zmiany energetyczne w żywym organizmie owada. Aby uzupełnić tę lukę, zespół dr. Achego zastosował metodę umożliwiającą monitorowanie aktywności pojedynczych IPC u żywych muszek owocowych w różnych warunkach.
Okazało się, że komórki IPC uwalniają insulinę po spożyciu cukru przez muchy, ale nie reagują na bezpośrednią iniekcję glukozy do hemolimfy.
– U ludzi to zjawisko jest znane jako efekt inkretynowy – tłumaczy Jan Ache. – Sugeruje ono, że wydzielanie insuliny nie zależy wyłącznie od wzrostu poziomu cukru we krwi, ale także od bardziej złożonych mechanizmów, w których uczestniczą hormony jelitowe.
Zespół badawczy odkrył również, że aktywność komórek IPC u starszych muszek jest znacznie niższa. Może to oznaczać, że wraz z wiekiem zmienia się sposób, w jaki owady metabolizują cukry – podobne procesy obserwuje się również u ludzi.
Wpływ insuliny na zachowania związane z poszukiwaniem pożywienia
Zachowanie muszek owocowych podczas poszukiwania pożywienia jest silnie skorelowane z wahaniami ich zasobów energetycznych, które z kolei są regulowane przez wydzielanie insuliny. Zespół z Würzburga postanowił przyjrzeć się bliżej tym zależnościom.
Naukowcy wykorzystali optogenetykę do stymulacji komórek IPC, symulując sytuację, która normalnie występuje po posiłku i wzroście poziomu cukru. Okazało się, że komórki IPC odgrywają jedynie niewielką rolę w modulacji zachowań związanych z poszukiwaniem pożywienia w porównaniu z innymi neuronami.
Znaczenie badań dla medycyny
– Dzięki naszym eksperymentom udało się dokładniej zrozumieć sieci neuronalne regulujące wydzielanie insuliny u muszek owocowych – mówi dr Jan Ache. – Wiedza ta może w przyszłości przyczynić się do odkryć istotnych dla zdrowia ludzi, zwłaszcza w kontekście chorób metabolicznych, takich jak cukrzyca.
Choć zewnętrzne różnice między człowiekiem a muszką owocową są oczywiste, na poziomie genetycznym i metabolicznym oba organizmy wykazują liczne podobieństwa, zwłaszcza w zakresie funkcjonowania układu nerwowego i regulacji procesów metabolicznych.
