Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Р. Найт
«Смотри, что у тебя внутри». Глава из книги


К. Циммер
«Микрокосм». Глава из книги


Н. Резник
Как черепахи нарыли себе панцирь


Интервью с Б. Янишем
Наследники Поппера


А. Гуков
Крупные животные Арктики: сколько их осталось?


А. Огнёв
Откуда жизнь? Еще теплее!


Р. Докинз
«Эгоистичный ген». Глава из книги


А. Бердников
Вдоль по лунной дорожке


В. Бабицкая, С. Горбунов
Как и зачем птицы общаются с охотниками за медом


Е. Чернова
Хаос и порядок: фрактальный мир







Главная / Новости науки версия для печати

Диета с высоким содержанием жиров у отцов приводит к нарушениям обмена глюкозы у дочерей


Крыса линии Zucker. Эта линия крыс была получена в лабораторных условиях и несет ряд мутаций. Для таких крыс характерно ожирение, уменьшение мышечной массы, устойчивость к инсулину, повышенный уровень глюкозы в крови, усиленная секреция инсулина. Крысы линии Zucker используются как модели при исследовании ожирения и диабета 2-го типа. Изображение с сайта www.harlan.com
Крыса линии Zucker. Эта линия крыс была получена в лабораторных условиях и несет ряд мутаций. Для таких крыс характерно ожирение, уменьшение мышечной массы, устойчивость к инсулину, повышенный уровень глюкозы в крови, усиленная секреция инсулина. Крысы линии Zucker используются как модели при исследовании ожирения и диабета 2-го типа. Изображение с сайта www.harlan.com

Могут ли внешние факторы, действующие на родителей, влиять на активность генов у их детей? Как это может быть связано с распространением нарушений обмена веществ (ожирение, сахарный диабет, метаболический синдром)? Давно известно, что ожирение провоцирует развитие сахарного диабета (заболевания, связанного с потерей клетками способности усваивать глюкозу из крови). Поэтому в современном мире сахарный диабет поражает всё больше людей. Исследователи из Австралии установили, что у крыс ожирение самцов приводит к тому, что у их дочерей происходят нарушения метаболизма глюкозы, характерные для сахарного диабета. Это сопровождается изменением активности генов, которое, вероятно, передается по наследству от отцов к дочерям.

Глюкоза служит основным источником энергии для клеток организма. Поэтому животные стараются поддерживать ее концентрацию в крови на постоянном уровне. После приема пищи глюкоза поступает в кровь в большом количестве, а клеткам ее необходимо поглощать интенсивнее, чем обычно. Основные потребители глюкозы — клетки печени, мышцы и жировые клетки. Чтобы глюкоза проникла через мембрану клетки, в нее должен быть встроен белок — переносчик глюкозы (глюкозный транспортер). Чем больше на поверхности клетки глюкозных транспортеров, тем интенсивнее она будет поглощать глюкозу. Ну а если их не будет, то ни одна молекула глюкозы в клетку не попадет, сколько бы ее ни было в крови.

Количество молекул глюкозного транспортера регулируется инсулином. Этот гормон, действуя на клетку, запускает вывод на клеточную мембрану новых молекул транспортера, регулируя таким образом количество глюкозы в крови. Поэтому инсулин выделяется в кровь после приема пищи из β-клеток поджелудочной железы, в которых он синтезируется.

При нарушении механизма регуляции содержания глюкозы в крови развивается сахарный диабет. Причин его может быть несколько. Во-первых, это разрушение β-клеток (диабет 1-го типа, или инсулинозависимый). Оно может быть вызвано аутоиммунным заболеванием, при котором организм вырабатывает антитела против своих собственных белков, и это — наиболее частая причина диабета первого типа. Во-вторых, заболевание может быть связано с нарушением синтеза инсулина клетками, его выделения, способностью клеток правильно отреагировать на гормон (диабет 2-го типа, или инсулиннезависимый). В любом случае, в крови увеличивается количество глюкозы, а клетки переходят на альтернативные источники энергии — жиры и аминокислоты.

Сахарный диабет опасен тем, что сопровождается кардинальными перестройками метаболизма. Они приводят к нарушениям зрения, работы почек, кровеносных сосудов, может развиться диабетическая кома.

Оба типа сахарного диабета обусловлены как генетической предрасположенностью, так и внешними факторами. Сегодня на первое место по распространенности выходит диабет 2-го типа. Связывают это с изменением образа жизни современного человека: сидячая работа и высокий уровень дохода привели к тому, что человек получает с пищей больше калорий, чем ему необходимо. Это вызывает ожирение. В свою очередь, ожирение приводит как к нарушению работы поджелудочной железы, производящей инсулин, так и к ухудшению способности клеток печени, мышц и жировой ткани реагировать на этот гормон (устойчивость к инсулину). Таким образом, при ожирении развивается недостаточность инсулина и устойчивость к нему. Поэтому организм, пытаясь скомпенсировать кажущийся недостаток инсулина, увеличивает его выработку. Нагрузка на поджелудочную железу увеличивается. Устойчивость к инсулину сама по себе не обязательно приводит к развитию диабета. Но если по каким-либо причинам поджелудочная железа не сможет компенсировать недостаток гормона, это приведет к заболеванию.

Очевидно, что ожирение угрожает не только самому организму, но и может нанести вред его потомству. Сегодня известно, что если самок мышей кормить пищей с большим количеством жиров, то их потомство будет страдать ожирением и диабетом. А вот как образ жизни отцов может отразиться на здоровье детей? В частности, может ли поведение отца спровоцировать развитие метаболических заболеваний, таких как сахарный диабет, у его потомства?

Ответить на этот вопрос решили исследователи из Австралии. Они разделили крыс на две группы, в каждой из которых были и самки, и самцы. В первой группе самцов кормили пищей с повышенным содержанием жира (будем называть их группа ВЖД, ВЖД — диета с высоким содержанием жира), а во второй группе — нормальным кормом (контрольная группа). Самок в обеих группах кормили пищей с нормальным содержанием жира. Чтобы сделать вывод о влиянии питания самцов на потомство, исследователи сравнивали потомство, полученное в этих группах.

Как и ожидалось, самцы, получавшие жирную пищу, были толще, жира у них было больше, а мышечная масса снижена. К тому же, количество глюкозы у них в крови после приема пищи снижалось медленнее, чем в контрольной группе. Это так называемое снижение толерантности к глюкозе — один из характерных признаков сахарного диабета. Количество инсулина в крови в группе ВЖД было выше, чем в контрольной группе: поджелудочная железа старалась компенсировать недостаточную скорость поглощения глюкозы большим количеством гормона. Это может в конечном счете привести к износу поджелудочной железы. Таким образом, у самцов наблюдались признаки развивающегося сахарного диабета.

А какие изменения произошли в потомстве? Оказалось, что при обычных условиях питания у дочерей, родившихся от самцов ВЖД (назовем их «дочери ВЖД»), количества глюкозы и инсулина в крови были нормальными. Тогда ученые проверили, как такие самки справляются с усвоением большого количества глюкозы, полученной за один прием пищи (тест с сахарной нагрузкой). Оказалось, что у дочерей ВЖД после сахарной нагрузки количество глюкозы в крови было выше, чем в контроле (снижение толерантности к глюкозе). При этом количество инсулина в крови таких самок было практически в два раза ниже, чем в контроле. С возрастом эти негативные изменения у дочерей ВЖД прогрессировали.

Нарушение способности эффективно усваивать глюкозу из крови могло быть связано с неспособностью поджелудочной железы вырабатывать нужные количества инсулина из-за каких-либо повреждений. Поэтому на следующем этапе исследования ученые проверили, не происходит ли каких-либо изменений в β-клетках поджелудочной железы, производящих инсулин. Эти клетки входят в состав островков Лангерганса — скоплений клеток, вырабатывающих гормоны. Оказалось, что у самок ВЖД уменьшается размер этих островков, а также уменьшается пространство, занятое β-клетками. Ученые предположили, что количества клеток хватает на поддержание глюкозы на нормальном уровне, однако они не справляются с синтезом инсулина при резком увеличении количества глюкозы в тесте с сахарной нагрузкой. Таким образом, питание самцов пищей с высоким содержанием жиров привело к тому, что у их дочерей оказалось меньше клеток, производящих инсулин. Поэтому они хуже справлялись с контролем концентрации сахара в крови.

Может ли в данном эксперименте уменьшение количества β-клеток быть обусловлено генетическими причинами? Ученые проанализировали состояние генов клеток поджелудочной железы у самок ВЖД. Выяснилось, что изменилась работа 642 генов. У животных они ответственны за метаболизм глюкозы и инсулина, транспорт веществ в клетке и ее структуру. Механизмы, работа которых контролировалась этими генами, участвуют в развитии поджелудочной железы и выделении инсулина из клеток, в которых он синтезируется. Наиболее сильно изменялась экспрессия гена Il13ra2. Этот ген кодирует одну из белковых молекул, образующих рецептор интерлейкина-13 (Il13ra2 расшифровывается как «Interleukin 13 receptor, alpha 2», то есть рецептор интерлейкина-13, цепь альфа 2). Интерлейкин-13 играет роль в развитии иммунного ответа. Кроме того, известно, что большое количество рецептора интерлейкина-13 обнаруживается в раковых клетках, развившихся из клеток поджелудочной железы. Неясно, какую роль играет повышенная активность гена этого рецептора в нарушении работы β-клеток. Очевидно, что за гибель β-клеток отвечает нарушение работы комплекса генов. Выяснение этого механизма — дело дальнейших исследований.

Пока же ученые задались вопросом, за счет чего усилилась работа гена Il13ra2. Оказалось, что у здоровых мышей, в отличие от дочерей ВЖД, часть этого гена изменена специальным образом: в цитозин внесена метильная группа (это называется метилирование). Там, где у больных мышей в молекуле ДНК стоит цитозин, у здоровых — метилцитозин. С генов, участки которых метилированы, РНК перестают считываться, следовательно, нет и соответствующих белков. Получается, у больных мышей ген активирован из-за того, что подавляющая его активность модификация потеряна. Механизм метилирования хорошо известен биологам — он обеспечивает регуляцию активности генов не только у самого организма, но и у его потомков. Метилирование генов может воспроизводиться в ряду поколений, передаваясь от родителей к детям. Такой механизм наследования не зависит от последовательности букв в ДНК, он носит название эпигенетической наследственности.

Таким образом, диета с высоким содержанием жиров у отцов приводит к нарушению активности ряда генов у их дочерей. Следствием этого является нарушение развития β-клеток, продуцирующих инсулин, а отсюда происходит недостаток инсулина и потеря способности контролировать количество глюкозы в крови. Механизм передачи нарушений от родителей к детям пока остается неясным. Очевидно, он должен быть связан с изменениями состояния ДНК сперматозоидов. Скорее всего, это эпигенетические изменения, так как нарушения у дочерей не случайны (случайные изменения характерны для мутаций, то есть для изменения «букв» ДНК). Было бы интересно узнать, насколько обратимы последствия ВЖД, а также длительность такой диеты, необходимой для развития отклонений у потомства. Загадочным остается и вопрос, почему нарушения были обнаружены прежде всего у самок.

Нам необходимо понять, как образ жизни сегодняшних поколений отражается на здоровье потомков. В современном мире распространение болезней, связанных с нарушением метаболизма (сахарного диабета, метаболического синдрома, ожирения), носит эпидемический характер. Могут ли эпигенетические механизмы наследственности объяснить его? На этот вопрос должны ответить дальнейшие исследования.

Источник: Sheau-Fang Ng, Ruby C. Y. Lin, D. Ross Laybutt, Romain Barres, Julie A. Owens, Margaret J. Morris. Chronic high-fat diet in fathers programs β-cell dysfunction in female rat offspring // Nature. 2010. V. 467. P. 963–967.

Дмитрий Кирюхин


Комментарии (1)



Последние новости: ГенетикаМедицинаДмитрий Кирюхин

29.09
Сосны и ели приспособились к холоду за счет сходных генов
28.09
Новые геномные данные позволили уточнить историю заселения Евразии и Австралии
20.09
Третий — не лишний: в большинстве лишайников присутствуют два гриба и водоросль
15.09
Разработан метод пространственной визуализации транскрипции генов
1.09
Т-клетки здоровых людей научили распознавать чужой рак
2.08
Гибридизация однодомных и двудомных растений увеличивает разнообразие половых фенотипов
29.07
Систему противовирусной защиты можно применить для эффективной иммунотерапии рака
11.07
Архаичные гены костных ганоидов разнообразнее, чем у более молодых групп позвоночных
15.06
Получение генов пектиназ от протеобактерий резко ускорило видообразование палочников
14.06
Полиплоидность предков эукариот — ключ к пониманию происхождения митоза и мейоза

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия