צריכת תזונה עשירה בשומן יכולה להוביל למגוון בעיות בריאותיות – לא רק לעלייה במשקל אלא גם לסיכון מוגבר לסוכרת ולמחלות כרוניות אחרות.
ברמה התאית, מאות שינויים מתרחשים בתגובה לתזונה עתירת שומן. חוקרי MIT מיפו כעת כמה מהשינויים הללו, תוך התמקדות בהפרעת אנזים מטבולית הקשורה לעלייה במשקל.
המחקר שלהם, שנערך בעכברים, גילה כי מאות אנזימים המעורבים במטבוליזם של סוכר, שומנים וחלבון מושפעים מתזונה עתירת שומן, וכי שיבושים אלה מביאים לעלייה בעמידות לאינסולין ולהצטברות של מולקולות פוגעות בשם מינים חמצן תגובתי. השפעות אלה היו בולטות יותר אצל גברים מאשר נקבות.
החוקרים הראו גם כי ניתן היה להפוך את מרבית הנזק על ידי מתן לעכברים נוגד חמצון יחד עם התזונה העשירה בשומן שלהם.
בתנאי לחץ מטבוליים, אנזימים יכולים להיות מושפעים לייצור מצב מזיק יותר ממה שהיה שם בתחילה. אז מה שהראנו במחקר הנוגדי חמצון הוא שאתה יכול להביא אותם למצב אחר שהוא פחות לא מתפקד. "
טיגיסט תמיר, לשעבר POSTDOC MIT
תמיר, שהוא כיום פרופסור עוזר לביוכימיה וביו -פיזיקה באוניברסיטת צפון קרוליינה בבית הספר לרפואה של צ'אפל היל, הוא המחבר הראשי של המחקר החדש, המופיע היום ב תא מולקולריו Forest White, Ned C. ו- Janet C. Rice פרופסור להנדסה ביולוגית וחבר במכון KOCH לחקר סרטן אינטגרטיבי ב- MIT, הוא המחבר הבכיר של העיתון.
רשתות מטבוליות
בעבודה קודמת, המעבדה של ווייט מצאה כי תזונה עשירה בשומן ממריצה תאים להפעיל רבים מאותם מסלולי איתות הקשורים ללחץ כרוני. במחקר החדש, החוקרים רצו לחקור את תפקיד זרחן האנזים בתגובות אלה.
זרחן, או תוספת של קבוצת פוספט, יכולים להפעיל או לכבות את פעילות האנזים. תהליך זה, הנשלט על ידי אנזימים הנקראים קינאזים, מעניק לתאים דרך להגיב במהירות לתנאים סביבתיים על ידי כוונון עדין של פעילותם של אנזימים קיימים בתא.
אנזימים רבים המעורבים במטבוליזם – המרת מזון לאבני הבניין של מולקולות מפתח כמו חלבונים, ליפידים וחומצות גרעין – ידועות כי עוברות זרחן.
החוקרים החלו בניתוח מאגרי מידע של אנזימים אנושיים שניתן לזרחן, תוך התמקדות באנזימים המעורבים במטבוליזם. הם גילו שרבים מהאנזימים המטבוליים העוברים זרחן שייכים למעמד הנקרא Oxidoreductases, המעבירים אלקטרונים ממולקולה אחת למשנהו. אנזימים כאלה הם המפתח לתגובות מטבוליות כמו גליקוליזה – פירוק הגלוקוז למולקולה קטנה יותר המכונה פירובט.
בין מאות האנזימים שהחוקרים שזוהו הם IDH1, המעורבים בפירוק סוכר כדי לייצר אנרגיה, ו- AKR1C1, הנדרש למטבוליזציה של חומצות שומן. החוקרים מצאו כי אנזימים זרחניים רבים חשובים לניהול מיני חמצן תגובתי, הנחוצים לתפקודי תאים רבים אך עלולים להזיק אם רבים מדי מהם מצטברים בתא.
זרחן של אנזימים אלה יכול להוביל אותם להיות פעילים פחות או יותר, מכיוון שהם עובדים יחד כדי להגיב לצריכת המזון. מרבית האנזימים המטבוליים שזוהו במחקר זה זרחניים באתרים שנמצאים באזורים של האנזים החשובים לקשירת המולקולות שהם פועלים או ליצירת דימרים – זוגות של חלבונים המצטרפים יחד ליצירת אנזים פונקציונלי.
"עבודתה של טיגיסט באמת הראתה באופן קטגורי את החשיבות של זרחן בשליטה על השטף באמצעות רשתות מטבוליות. זה הידע הבסיסי שעולה מהמחקר המערכתי הזה שהיא עשתה, וזה משהו שלא נלכד באופן קלאסי בספרי הלימוד הביוכימיה", אומר ווייט.
מחוץ לאיזון
כדי לחקור את ההשפעות הללו במודל של בעלי חיים, החוקרים השוו בין שתי קבוצות של עכברים, אחת שקיבלה תזונה עשירה בשומן ואחת שצרכה תזונה רגילה. הם גילו כי בסך הכל, זרחן של אנזימים מטבוליים הוביל למצב לא מתפקד בו התאים היו בחוסר איזון redox, כלומר התאים שלהם ייצרו מינים חמצן תגוביים יותר מכפי שהם יכלו לנטרל. עכברים אלה גם הפכו עודף משקל ופיתחו עמידות לאינסולין.
"בהקשר של המשך דיאטה עשירה בשומן, מה שאנחנו רואים הוא סחף הדרגתי מהומאוסטזיס של Redox לקראת תפאורה דמוית מחלות יותר", אומר ווייט.
השפעות אלה היו בולטות הרבה יותר בעכברים גברים מאשר בעכברים נקביים. החוקרים מצאו כי עכברים נקביים היו מסוגלים יותר לפצות על הדיאטה העשירה בשומן על ידי הפעלת מסלולים המעורבים בעיבוד שומן ומטבוליזם לשימושים אחרים.
"אחד הדברים שלמדנו הוא שההשפעה המערכתית הכוללת של אירועי זרחן אלה הובילה אליהם, במיוחד אצל גברים, חוסר איזון מוגבר בהומאוסטזיס של redox. הם הביעו הרבה יותר לחץ והרבה יותר מהפנוטיפ של תפקוד המטבולי בהשוואה לנקבות," אומר תמיר.
החוקרים גם מצאו שאם הם נותנים לעכברים שהיו בדיאטה עשירה בשומן, נוגד חמצון בשם BHA, רבים מההשפעות הללו התהפכו. עכברים אלה הראו ירידה משמעותית בעלייה במשקל ולא הפכו לדיאבד, בניגוד לעכברים האחרים שהאכילו תזונה עשירה בשומן.
נראה כי הטיפול הנוגדי חמצון מוביל תאים חזרה למצב מאוזן יותר, עם פחות מיני חמצן תגובתי, אומרים החוקרים. בנוסף, אנזימים מטבוליים הראו חיווט מערכתי ושינה את מצב הזרחן בעכברים האלה.
"הם חווים הרבה תפקוד מטבולי, אבל אם אתה מנצח יחד משהו שמאפשר את זה, יש להם מספיק מילואים כדי לשמור על סוג כלשהו של נורמליות", אומר תמיר. "המחקר מציע שיש משהו שקורה ביוכימי בתאים כדי להביא אותם למצב אחר – לא מצב רגיל, רק מצב אחר בו עכשיו, ברמות הרקמות והאורגניזם, העכברים בריאים יותר."
במעבדה החדשה שלה באוניברסיטת צפון קרוליינה, תמיר מתכננת כעת לבחון עוד יותר אם טיפול נוגד חמצון יכול להיות דרך יעילה למנוע או לטפל בתפקוד המטבולי הקשור להשמנה, ומה יהיה העיתוי האופטימלי של טיפול כזה.
המחקר מומן בחלקו על ידי קרן בורוז וולקום, המכון הלאומי לסרטן, מכוני הבריאות הלאומיים, מרכז לודוויג ב- MIT והמרכז MIT לרפואה סרטנית מדויקת.
