logo

Пользовательского поиска

Sunday 27th of May 2018

Математики помогают биологам понять причины ожирения и диабета

Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Актуальные темы - Вести из лабораторий
Автор: Administrator   
20.08.2010 21:28

Что приводит к рождению новой клетки жировой ткани в организме человека является загадкой, но, использовав для ее разрешения математику, ученые научились делать  прогнозы  о влиянии на этот процесс определенных белков.

Исследование имеет своей целью углубить понимание того, как и почему преадипоциты, или клетки-предшественники жировых, остаются в состоянии покоя, пролиферируют, то есть копируют самих себя, или превращаются в жировые. Но ученые из Государственного университета Огайо (Ohio State University) считают, что  в конечном итоге его результаты могут  привести к разработке способа «замораживания»  клеток-предшественников в «дремлющем» состоянии, так что они никогда не смогут стать основой жировой ткани.

Каждый организм нуждается в жире, чтобы запасать и вырабатывать энергию, но  при его избытке состоящая из жировых клеток ткань начинает секретировать молекулы, рассылающие сложные сигналы. Этот процесс может привести к воспалению и, в свою очередь, к резистентности к инсулину, или диабету, и внести свой вклад в развитие других заболеваний.

Ученые сфокусировали свое внимание на трех белках, которые, как уже известно, оказывают влияние на судьбу преадипоцитов: один из этих белков вовлечен в процесс развития  воспаления; другой регулирует образование жировых клеток; третий участвует в процессе пролиферации почти всех типов клеток организма.

С помощью ряда дифференциальных уравнений они определили, какое влияние на судьбу преадипоцитов, вероятнее всего, будут оказывать сложные взаимодействия между этими тремя белками, включая  состояния, ассоциируемые с покоем, когда перехода преадитоцитов в жировые клетки не наблюдается.

Лучшее понимание этого процесса помогло бы ученым более полно охарактеризовать причины нарушений, сопровождающих излишнее накопление жира, в том числе ожирение и резистентность к инсулину.

«Потенциальная выгода от выяснения этого процесса состоит  в возможности манипулировать определенными параметрами с целью приостановить выход клеток из состояния покоя,  что даст возможность оказывать влияние на развитие ожирения», - считает ведущий автор исследования Хусейн Коскан (Huseyin Coskun). «Ожирение определенно связано с характером и количеством потребляемой человеком пищи. Но реакция организма на эти факторы у людей различна, что может быть связано с некоторыми нарушениями во взаимодействии этих белков. Количество пищи может быть не единственной причиной, стоящей за ожирением. Благодаря нашему исследованию мы начали понимать, как уровень белков и сложные молекулярные взаимодействия, происходящие в организме, могут оказывать влияние на развитие жировых клеток».

Исследование опубликовано в журнале Journal of Theoretical Biology.

Математик Коскан начал свой проект с чтения сотен журнальных статей о биологии перехода преадипоцитов в адипоциты, или жировые клетки. Он выделил 16 белков, которые, как представлялось, проявляют наибольшую активность в этом процессе.

Он и его исследовательская группа, состоящая из специалистов в области математики и биологии, в качестве отправной точки исследования сузили количество белков до трех, оказывающих наибольшее влияние. Затем Коскан составил дифференциальные уравнения, основанные на биологической модели, чтобы показать, как преадипоциты ведут себя в различных условиях, зависящих от активности белков.

Три белка, изучаемые в этот исследовании – это NF-kB,  гамма-PPAR (PPAR-gamma) и циклин D (cyclin D). NF-kB вызывает тканевое  воспаление. Присутствие гамма-PPAR необходимо для адипогенеза, то есть образования жировых клеток. Циклин-D отвечает за клеточную пролиферацию и рост почти всех типов клеток, включая преадипоциты и адипоциты.

«Три белка-мишени этой первоначальной модели являются наиболее хорошо изученными, но их взаимосвязи в процессе образования жировых клеток до сих пор неизвестны. Таким образом, мы впервые, насколько нам известно, складываем их роли вместе и составляем общую картину того, какой вклад они вносят в детерминацию жировых клеток», - говорит Коскан.

Математические уравнения, в которые были подставлены уровни этих трех белков, привели к созданию модели, помогающей определить условия, при которых преадипоциты остаются в «дремлющем» состоянии, начинают пролиферировать или превращаются в жировые клетки. Для интерпретации результатов  ученые использовали двухпараметровые бифуркационные кривые, что само по себе является новым подходом с точки зрения математической терминологии.

Основными параметрами модели были два вещества, оказывающие влияние на белки-мишени: белок IkB, ингибирующий воспалительный белок NF-kB, и  химический стимулятор, называемый митогеном, повышающий синтез циклина-D.

Согласно разработанной модели, если уровень белка IkB высок, а уровень циклина-D низок, преадипоциты остаются в «дремлющем» состоянии. Модель также показывает так называемую «кривую неопределенности», которая прогнозирует условия, необходимые для того, чтобы преадипоциты либо оставались неактивными, либо  размножались. Область неопределенности определяет также условия сосуществования двух из этих трех состояний: дифференциации и покоя или пролиферации и дифференциации.

Исследователи также провели предварительные эксперименты для проверки выводов, сделанных согласно модели, подвергнув клетки мышей воздействию TNF-alpha, митогена, стимулирующего синтез циклина-D. Они установили, что концентрации белков в этих клетках в целом соответствовали прогнозируемым моделью.  Более того, сообщения о проведенных ранее подобных экспериментах также подтверждают прогнозы, сделанные на ее основе.

Коскан отмечает, что для дальнейшей проверки модели необходимо проведение большего количества экспериментов. В то же время модель может быть расширена добавлением в уравнения дополнительного количества белков.

 

 

По материалам

Scientists Closer to Finding What Causes the Birth of a Fat Cell

 

Аннотация к статье: Coskun et al. Mathematical modeling of preadipocyte fate determination

 


Related Articles:
 
OZON.ru

Vinaora Visitors Counter

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterToday721
mod_vvisit_counterYesterday851
mod_vvisit_counterThis week721
mod_vvisit_counterLast week4585
mod_vvisit_counterThis month17796
mod_vvisit_counterLast month17905
mod_vvisit_counterAll days4001178

We have: 6 guests, 1 bots online
Your IP: 54.159.85.193
 , 
Today: Май 27, 2018

RSS

Новое на LST

Работает на Joomla!. Valid XHTML and CSS.