Tajemnice termostatu ciała mogą zapoczątkować innowacje w dziedzinie zdrowia
Pomimo doświadczania szerokiego zakresu temperatur, ssaki potrafią utrzymać swoją wewnętrzną temperaturę ciała (Tcore) w okolicach 37°C, przy czym kluczową rolę odgrywa przedwzrokowy obszar podwzgórza (POA) w mózgu. „Chociaż wiadomo, że niektóre procesy równoważenia termicznego wymagają paliwa metabolicznego — na przykład do drżenia lub aktywacji brązowego tłuszczu — jak to się dokładnie przebiega, szczególnie w dłuższych okresach czasu, pozostaje tajemnicą” — mówi Jan-Erik Siemens(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z projektu Acclimatize, który został sfinansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (ERBN). Aby lepiej zrozumieć tę kwestię, w projekcie Acclimatize skorzystano z tego, że niedawno zespół dokonał identyfikacji pierwszego znanego molekularnego czujnika temperatury(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w neuronach termoregulacyjnych POA — termoczułego kanału jonowego znanego jako TRPM2 (transient receptor potential melastatin 2)(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Odkrycie to umożliwiło zespołowi przeprowadzenie eksperymentów stymulacji temperaturowej POA in vivo na myszach w celu zbadania działania neuronów termoregulacyjnych z wykorzystaniem TRPM2 jako markera molekularnego. „Nasze odkrycia dotyczące wahań temperatur struktur położonych głęboko w mózgu, oprócz udowodnienia jak konkretna grupa komórek mózgu reaguje na ciepło, mają szerokie konsekwencje naukowe” — zauważa Siemens z Wydziału Medycznego Uniwersytetu w Heidelbergu(odnośnik otworzy się w nowym oknie) będącego gospodarzem projektu.
Od gwałtownej homeostazy cieplnej do długotrwałej aklimatyzacji
Zespół projektu Acclimatize był mniej zainteresowany lepiej poznanymi procesami regulacji temperatury ciała w gwałtownym lub krótkim okresie, a bardziej tym, jak ssaki robią to przez dłuższy czas. „Większość ssaków potrafi przystosować się do zmian temperatury w długich okresach czasu, zwykle od tygodni do miesięcy, wystarczy pomyśleć o tym, jak przyzwyczajamy się do rosnących temperatur w okresie letnim” — dodaje Siemens. Wiadomo było na przykład, że myszy zrzucają brązowy tłuszcz, czyli ich główny organ grzewczy, gdy dostosowują się do cieplejszych temperatur, a to rodzi pytania: czy jest to zaaranżowane przez układ nerwowy, a jeśli tak, to w jaki sposób? Aby to zbadać, zespół zwizualizował niektóre neurony w POA, a następnie pozwolił myszom w inkubatorach aklimatyzować się do cieplejszych temperatur, po czym zastosował techniki neurofizjologiczne do poszukiwania plastyczności synaptycznej, ale nie znalazł na to prawie żadnych dowodów. „Zaobserwowaliśmy znacznie większą aktywność w tych neuronach termoregulacyjnych, która rosła z czasem. Co zaskakujące, pomimo tego, że znajdują się one głęboko w mózgu, zdawały się śledzić temperaturę ciała. Jedna z hipotez głosi, że krew przepływająca do mózgu najpierw trafia do POA, przenosząc do niego ciepło” — mówi Siemens. Dzięki temu odkryciu zespół znalazł po raz pierwszy kluczową cząsteczkę odpowiadającą za aklimatyzację cieplną(odnośnik otworzy się w nowym oknie), składającą się z kanałów jonowych NaV1.3 kluczowych dla zwiększonej aktywności neuronalnej, która wydaje się przygotowywać narządy obwodowe na ciepło.
Implikacje dla nauk biomedycznych
Projekt Acclimatize umożliwił dalsze badanie powiązań między mechanizmem aklimatyzacji a metabolizmem energetycznym, ze szczególnym uwzględnieniem otyłości. „Badania są jeszcze w toku, nie możemy jeszcze wyciągać wiążących wniosków, ale wydaje się prawdopodobne, że aklimatyzacja cieplna może przeciwdziałać niektórym formom otyłości, przynajmniej u myszy” — wyjaśnia Siemens. Jego zdaniem, jeśli to odkrycie zostanie potwierdzone, może to prowadzić do dwóch możliwych ścieżek terapeutycznych. Po pierwsze, ciepło generowane przez zogniskowane ultradźwięki, na przykład w celu dotarcia w głąb mózgu, można wykorzystać do modulowania aktywności neuronów POA, aby naśladować korzyści zdrowotne wynikające z aklimatyzacji cieplnej w przypadku otyłości. Po drugie, można opracować lek wykorzystujący kapsaicynę(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (związek odpowiadający za ostrość papryczek chili) do aktywacji obwodowych receptorów ciepła, których sygnały docierają do POA w celu uruchomienia neuronów aklimatyzacji cieplnej. Ponadto, zainspirowany projektem Acclimatize, Siemens bada obecnie, w jaki sposób proces aklimatyzacji cieplnej może pomóc osobom zagrożonym chorobami układu krążenia, na przykład podczas fal upałów. „Pytanie, w jaki sposób możemy klinicznie naśladować korzyści aklimatyzacji cieplnej, jest bardzo ekscytującym nowym obszarem wynikającym z tego grantu ERBN” — podsumowuje Siemens.
