Группа ученых из Немецкого центра исследований диабета (DZD) под руководством профессора Максимилиана Кляйнерта, сотрудника отдела молекулярной физиологии физических упражнений и питания, провела важное исследование, которое может привести к новым методам лечения метаболических нарушений, таких как диабет 2 типа.
Исследование: PanK4 как регулятор энергетического обмена
В рамках исследования было установлено, что белок пантотенаткиназа 4 (PanK4) играет ключевую роль в регуляции энергетического обмена в скелетных мышцах. PanK4 активируется физическими упражнениями и регулирует поглощение глюкозы и окисление жирных кислот.
Значение PanK4 для здоровья
Скелетные мышцы составляют от 30 до 40% массы тела и играют важную роль в поддержании здорового обмена глюкозы и липидов. Нарушение их функции может привести к резистентности к инсулину, что является основным фактором риска развития диабета 2 типа. На данный момент существует лишь несколько терапевтических вариантов для лечения метаболических нарушений, нацеленных на мускулатуру.
Физические упражнения и метаболизм
Физическая активность улучшает метаболическую гибкость и способствует усвоению глюкозы мышцами. Это делает ее эффективным методом улучшения метаболизма, особенно при инсулинорезистентности и диабете 2 типа. Однако молекулярные механизмы, лежащие в основе этого процесса, до сих пор были недостаточно изучены.
Результаты исследования
Используя современные масс-спектрометрические методы, команда профессора Кляйнерта успешно идентифицировала белки, которые фосфорилируются в мышцах человека и животных после физических упражнений. Одним из таких белков оказался PanK4.
Для изучения роли PanK4 в регуляции энергетического метаболизма ученые провели комплексные физиологические исследования на генетических моделях мышей, включая нокаут и сверхэкспрессию гена. Эти исследования включали эксперименты с беговой дорожкой и тесты на толерантность к глюкозе.
Кроме того, исследователи проанализировали образцы мышечной ткани человека, полученные после тренировки, и использовали передовые молекулярно-биологические методы, такие как секвенирование РНК и анализ белков.
Роль PanK4 в метаболизме
Исследования показали, что PanK4 играет решающую роль в регуляции уровня ацетил-КоА в скелетных мышцах. Отсутствие PanK4 привело к увеличению ацетил-КоА, что нарушило регуляцию окисления жирных кислот и метаболизма глюкозы.
Во время тренировочных исследований на мышах с дефицитом PanK4 было обнаружено снижение поглощения глюкозы во время стимуляции инсулином и сокращения мышц. Напротив, мыши со сверхэкспрессией PanK4 показали значительное улучшение поглощения глюкозы и снижение уровня ацетил-КоА.
Новые терапевтические возможности
Идентификация PanK4 как ключевого регулятора мышечного метаболизма открывает новые возможности для терапии метаболических нарушений. Профессор Кляйнерт отмечает: «Значение PanK4 в обмене веществ ставит его в один ряд с признанными ключевыми игроками, такими как mTOR, AMPK и Akt. Целенаправленная модуляция PanK4 потенциально может улучшить метаболическое здоровье и поддержать контроль уровня сахара в крови, что делает его многообещающей мишенью для терапии диабета 2 типа».
Кроме того, обнаружение того, что PanK4 активируется при физической активности и усиливает энергетический обмен в мышцах, подчеркивает важность регулярных упражнений для общего состояния здоровья. Профессор Кляйнерт подчеркивает: «Регулярная физическая активность улучшает физическую форму и оказывает глубокое влияние на обмен веществ, что может служить мотивирующим фактором для перехода к активному образу жизни».
Дальнейшие исследования
В планах ученых — проведение дальнейших исследований для понимания точных механизмов, с помощью которых PanK4 регулирует энергетический обмен в мышцах. Они также намерены изучить роль PanK4 в других тканях, таких как гипоталамус, и его влияние на системный энергетический гомеостаз.
Это исследование открывает новые перспективы в лечении метаболических нарушений и подчеркивает важность регулярных физических упражнений для поддержания здоровья.
Литература:
Adriana Miranda-Cervantes et al, Pantothenate kinase 4 controls skeletal muscle substrate metabolism, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-024-55036-w