Efectele expunerii la 2-G asupra reglării temperaturii, ritmurilor circadiene și adipozității în UCP23

Secțiunea Neurobiologie, Fiziologie și Comportament, Divizia de Științe Biologice,

Departamentul de Pediatrie și

Programul Rowe în genetică, Școala de Medicină, Universitatea din California, Davis, California 95616-8519

Secțiunea Neurobiologie, Fiziologie și Comportament, Divizia de Științe Biologice,

Abstract

Rata metabolică, măsurată prin consumul de oxigen, crește în hipergravitatea cronică (22). În 2 G, mamiferele mici cresc consumul de oxigen liniar cu greutatea corporală totală (24, 25). Mai mult, la mai multe specii, cerințele nutriționale de întreținere s-au dovedit a fi direct legate de nivelul de accelerație, în limita toleranței cronice la G (30, 31). O scădere corespunzătoare a cheltuielilor de energie metabolică a fost documentată la maimuțele rhesus expuse mediilor de zbor spațial cu microgravitație (Cosmos 2044 și 2229) (11, 32). La aceste maimuțe, cheltuielile totale de energie metabolică, măsurate prin cifra de afaceri a apei dublu etichetate, au fost reduse cu ~ 40% (11, 32). Aceste descoperiri reprezintă cea mai directă demonstrație a costului gravitației metabolice. Din păcate, constanța câmpului gravitațional al Pământului maschează această relație importantă între costul metabolic al vieții și mediul gravitațional.

Distribuția proporțională a masei corporale între grăsime și componentele lipsite de grăsime a fost, de asemenea, studiată în medii hiperdinamice. Primele câteva zile de centrifugare cronică sunt însoțite de scăderea masei corporale (3) și modificarea metabolismului glucozei și a grăsimilor (6, 7). În timpul expunerii la un mediu hiperdinamic, a fost observată o pierdere de grăsime corporală la șoareci (23), șobolani (34), iepuri (19) și pui (3). Această reducere a componentei de grăsime corporală a masei corporale poate fi destul de mare; de exemplu, puii scad de la 30% grăsime corporală la 1 G la 3% la 3 G (3). Scăderea grăsimii corporale sugerează o schimbare fundamentală în utilizarea substratului în timpul expunerii la un mediu hiperdinamic. Mai mult, o astfel de schimbare metabolică poate semnifica un rol funcțional modificat pentru adipocite și miocite în reglarea metabolismului intermediar și a homeostaziei energetice pe parcursul a 2 G.

Proteinele de decuplare mitocondriale (UCP) au fost implicate ca potențiali potențatori ai cheltuielilor de energie. Rolul fiziologic in vivo al UCP nu este cunoscut; cu toate acestea, UCP funcționează putativ atât pentru a crește termogeneza țesuturilor, cât și pentru a regla utilizarea lipidelor ca substrat combustibil (29). Primul UCP descris a fost UCP1, localizat în țesutul adipos maro. Mai recent, UCP2 și UCP3, omologi ai UCP1 adipos maro, au fost descriși în țesuturile centrale și periferice, inclusiv în centrele homeostatice ale creierului (16, 28), precum și în mușchiul scheletic, țesutul adipos alb, ficatul, splina și inima (2)., 8). Atât UCP2, cât și UCP3 au proprietăți de decuplare in vitro similare cu UCP1 (2, 8). Crearea liniei transgenice UCP2/3 de șoareci oferă o oportunitate de a testa posibile roluri in vivo ale UCP2 și UCP3. Șoarecii din acest studiu au fost derivați dintr-o linie transgenică care a supraexprimat UCP2 în splină, hipotalamus, gastrocnemius și țesutul adipos alb și UCP3 în mușchiul gastrocnemius. Se consideră că constructul conține toate elementele promotor pentru exprimare în țesuturile normale, naturale. Mai mult, Northern blots au confirmat că UCP2 și UCP3 sunt produse în toate țesuturile normale și nu în altele.

Paradigma experimentală 2-G oferă un instrument unic pentru investigarea rolului fiziologic in vivo al UCP2 și UCP3 în termoreglare și adipozitate. Datorită rolurilor potențiale ale UCP2 și UCP3 în medierea termogenezei termoreglare prin creșterea termogenezei țesutului bazal (metabolism) sau facultativ (producție crescută de căldură), expunerea la 2 G poate provoca un răspuns diferențial în Tb la șoarecii transgenici și de tip sălbatic. Mai mult, deoarece UCP2 și UCP3 au fost implicați ca regulatori ai lipidelor ca substrat combustibil, populația transgenică poate demonstra metabolismul adipos diferențial în raport cu netransgenicele în timpul expunerii la 2 G. În acest context, UCP2/3 poate avea un rol metabolic adaptativ pentru anumite țesuturi în perioadele de mobilizare crescută a acizilor grași. Un astfel de rol presupus a fost propus anterior pentru UCP2/3 (4).