Wissenschaftler nähern sich der Frage, was die Entstehung einer Fettzelle verursacht

Wissenschaftler nähern sich der Frage, was die Entstehung einer Fettzelle verursacht
Wissenschaftler nähern sich der Frage, was die Entstehung einer Fettzelle verursacht
Anonim

Was genau die Entstehung einer menschlichen Fettzelle verursacht, ist ein Mysterium, aber Wissenschaftler, die Mathematik verwenden, um die Frage anzugehen, haben einige Vorhersagen über die Proteine ​​gemacht, die diesen Prozess beeinflussen.

Die Forschung soll das Verständnis dafür verbessern, wie und warum Präadipozyten oder Vorfettzellen entweder ruhen, sich selbst kopieren oder sich in Fett verwandeln. Aber die Ergebnisse könnten schließlich zu einem Weg führen, diese frühen Zellen in ihrem aktuellen Zustand einzufrieren, bevor sie jemals zur Grundlage von Fettgewebe werden können, so die Forscher der Ohio State University.

Jeder menschliche Körper braucht Fett, um Energie zu speichern und zu produzieren, aber im Übermaß beginnt das aus Fettzellen bestehende Gewebe, Moleküle abzusondern, die komplizierte Signale aussenden. Dieser Prozess kann zu Entzündungen und damit zu Insulinresistenz oder Diabetes führen und trägt zur Entstehung anderer Krankheiten bei.

Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf drei Proteine, von denen bekannt ist, dass sie einen Einfluss auf das Schicksal von Präadipozyten haben – ein Protein, das Entzündungen beeinflusst; ein anderer, der die Bildung von Fettzellen antreibt; und ein drittes, das an der Vermehrung oder Vervielfältigung fast aller Körperzellen beteiligt ist.

Eine Reihe von Differentialgleichungen bestimmte, wie die komplexen Wechselwirkungen zwischen diesen drei Proteinen wahrscheinlich beeinflussen würden, was mit Präfettzellen passiert, einschließlich Bedingungen, die am meisten mit Ruhe verbunden sind oder verhindern, dass sich diese Präadipozyten in Fett verwandeln.

Ein besseres Verständnis dieses Prozesses könnte Forschern helfen, die Ursachen von Störungen im Zusammenhang mit überschüssigem Fett, einschließlich Fettleibigkeit und Insulinresistenz, besser zu verstehen.

"Ein potenzieller Vorteil der Aufklärung dieses Prozesses besteht darin, zu sehen, wie wir bestimmte Parameter manipulieren können, um Zellen in dieser Ruheregion anzuh alten, und das könnte sich auf Fettleibigkeit auswirken", sagte Huseyin Coskun, ein Gastdozent in der Fakultät für Mathematik des Bundesstaates Ohio und Hauptautor der Studie.

"Fettleibigkeit hängt sicherlich mit der Art und Menge der Lebensmittel zusammen, die Menschen konsumieren. Aber wie der Körper darauf reagiert, kann von Person zu Person unterschiedlich sein und könnte mit einigen Anomalien in diesen Proteinwechselwirkungen zusammenhängen. Die konsumierte Menge möglicherweise nicht der einzige Grund für Fettleibigkeit. Mit dieser Studie begannen wir zu verstehen, wie Proteinspiegel und komplexe molekulare Wechselwirkungen im Körper die Entwicklung von Fettzellen beeinflussen können."

Die Forschung wurde in einer aktuellen Ausgabe des Journal of Theoretical Biology veröffentlicht.

Coskun, ein Mathematiker, begann dieses Projekt, indem er Hunderte von Zeitschriftenartikeln über die Biologie hinter dem Übergang von Präadipozyten in Adipozyten oder Fettzellen las. Er identifizierte 16 Proteine, die in diesem Prozess am aktivsten zu sein schienen.

Er und die Forschungsgruppe, ein Team aus Mathematik- und Biologieexperten, beschränkten diese Zahl als Ausgangspunkt auf drei hochwirksame Proteine. Coskun entwarf dann auf der Grundlage des biologischen Modells Differentialgleichungen, die zeigen würden, wie sich die Vorfettzellen unter verschiedenen Bedingungen in Abhängigkeit von der Aktivität der Proteine ​​verh alten.

Die drei Proteine ​​sind NF-kB, PPAR-gamma und Cyclin D. NF-kB löst Entzündungen im Gewebe aus. PPAR-gamma muss vorhanden sein, damit Adipogenese oder die Bildung von Fettzellen stattfinden kann. Und Cyclin D ist für die Zellproliferation oder das Kopieren und Wachstum in fast allen Zellen verantwortlich, einschließlich Vorfettzellen und Fettzellen.

"Die drei Zielproteine ​​dieses ersten Modells sind die am häufigsten untersuchten, aber ihre gegenseitigen Beziehungen in Bezug auf die Bildung von Fettzellen sind noch nicht gut bekannt, also stellen wir ihre Rollen zusammen, um zu sehen, wie sie funktionieren soweit wir wissen, in der Literatur zum ersten Mal zur Bestimmung von Fettzellen beitragen", sagte Coskun.

Die mathematischen Gleichungen, in denen diese drei Proteinspiegel manipuliert wurden, führten zu einem Modell, das dabei half, die Bedingungen zu definieren, unter denen Vorfettzellen inaktiv bleiben, sich selbst kopieren oder sich in Fettzellen verwandeln würden. Bifurkationskurven mit zwei Parametern werden zur Interpretation der Modellergebnisse verwendet, was selbst in Bezug auf die mathematische Terminologie ein neuer Ansatz ist.

Die Hauptparameter dieses Modells waren zwei Substanzen, die die Zielproteine ​​beeinflussen: ein Protein namens IkB, das das entzündliche NF-kB-Protein hemmt, und die Konzentration eines chemischen Stimulans, das als Mitogen bezeichnet wird und die Produktion von stimuliert Cyclin D.

Nach dem Modell bleiben die Vorfettzellen inaktiv, wenn der IkB-Spiegel hoch und der Cyclin-D-Stimulansspiegel niedrig ist. Das Modell zeigt dann eine sogenannte „Unsicherheitskurve“, die die Umstände vorhersagt, die erforderlich sind, damit Präadipozyten entweder inaktiv bleiben oder sich in ihrem aktuellen Zustand vermehren.Der Unsicherheitsbereich bestimmt dann die Bedingungen für die Koexistenz eines Paares dieser drei Zustände: Differenzierung und Ruhe oder Proliferation und Differenzierung.

Die Forscher führten auch Vorversuche durch, um die Ergebnisse des Modells zu testen, indem sie Mauszellen TNF-alpha aussetzten, einem Mitogen, das Cyclin D stimuliert. Sie fanden heraus, dass sich die Konzentrationen der Proteine ​​in diesen Zellen im Allgemeinen so verhielten, wie es das Modell vorschlug möchten. Darüber hinaus unterstützen auch frühere Forschungsberichte ähnlicher Experimente die Ergebnisse des Modells, sagte Coskun.

Er bemerkte, dass weitere Experimente erforderlich seien, um das Modell weiter zu testen, das auch erweitert werden könnte, um weitere Proteine ​​zu den Gleichungen hinzuzufügen.

Co-Autoren der Studie, alle aus dem Bundesstaat Ohio, waren Taryn Summerfield von der Abteilung für Geburtshilfe und Gynäkologie, Douglas Kniss von der Abteilung für Geburtshilfe und Gynäkologie und Biomedizinische Technik; und Avner Friedman vom Mathematical Biosciences Institute und der Fakultät für Mathematik.

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