Un petit grup de neurones modula la quantitat d'insulina que el pàncrees ha d'alliberar

El cervell és fonamental en la regulació de la gana, el pes corporal i el metabolisme. En concret, hi ha un petit grup de neurones de l’hipotàlem, anomenades POMC (pronunciat POM-ci), que detecten i integren senyals que informen sobre l'estat energètic de l'organisme i activen les respostes fisiològiques oportunes. Aquestes neurones són sensibles a les fluctuacions en nutrients com la glucosa, àcids grassos o aminoàcids.

Ara, un treball d'investigació codirigit per Marc Claret, de l'Institut d'Investigacions Biomèdiques Pi i Sunyer (IDIPABS) i Antonio Zorzano, de l'Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona), ambdós membres de la xarxa CIBERDEM, revela la connexió entre les neurones POMC de l’hipotàlem i l'alliberament d'insulina per part del pàncrees i descriu nous mecanismes moleculars implicats en aquesta connexió. Els investigadors publiquen l'estudi a Cell Metabolism i en són primeres autores, Sara Ramírez i Alicia G Gómez-Valadés, de l’IDIBAPS.

La connexió entre hipotàlem i pàncrees

Es coneix que les neurones POMC detecten canvis en la disponibilitat de nutrients però es desconeixen al detall els mecanismes moleculars implicats. També es coneix que els canvis en la forma dels mitocondris, fenomen conegut com a dinàmica mitocondrial, constitueix un mecanisme d'adaptació energètica en condicions metabòliques canviants, per ajustar les necessitats de les cèl·lules.

Per descobrir si defectes en la dinàmica mitocondrial d'aquest petit nucli de neurones podien causar alteracions del metabolisme, els investigadors van eliminar una proteïna de dinàmica mitocondrial, la mitofusina 1, de les neurones POMC de ratolins.

En primer lloc, els científics observen que aquests ratolins tenen alterada la detecció dels nivells de glucosa i l'adaptació entre l'estat de dejú i després de ser alimentats. I en segon lloc, veuen que aquests defectes condueixen a pertorbacions en el metabolisme de la glucosa que venen causades per una menor secreció d'insulina.

“Va ser sorprenent descobrir que aquestes neurones no només estan implicades en el control de la ingesta, que ja se sabia, sinó que també estan implicades en el control de la quantitat d'insulina que segreguen les cèl·lules beta del pàncrees”, explica Zorzano cap del Laboratori Malalties Metabòliques Complexes i Mitocondris de l'IRB Barcelona.

Els científics observen per primera vegada que aquesta comunicació entre hipotàlem i pàncrees depèn de l'activitat de la proteïna mitofusina 1 i comencen a entendre alguns detalls moleculars d'aquesta connexió.  Descriuen que les alteracions són degudes a un augment desproporcionat, tot i que transitori, de la producció d’espècies radicals d’oxigen (ROS) a l’hipotàlem. Quan al laboratori restauren els nivells de ROS a l’hipotàlem, el pàncrees torna a secretar nivells correctes d'insulina.

Obesitat i diabetis

Marc Claret, cap del Grup de Control Neuronal del Metabolisme a l'IDIBAPS, afegeix que “els nostres resultats també suggereixen implicacions patològiques d'aquest model animal, atès que una dieta rica en greixos fa que aquests ratolins siguin més susceptibles a desenvolupar diabetis”.

La segregació d'insulina és un fenomen cabdal en relació a la diabetis. Els pacients de diabetis de tipus 2, que pateixen el 85% de persones diabètiques, tenen menys cèl·lules beta i menor capacitat de segregar insulina en resposta a glucosa. “Entendre els mecanismes implicats en la regulació de la insulina és important i, per tant, ens ajuda a entendre millor la fisiopatologia de la diabetis”, descriu Claret, que alhora recalca que “cal fer encara molta recerca per poder aplicar les troballes, atès que estem parlant de mecanismes neuronals de complexa intervenció”.

Aquest treball ha comptat amb finançament del Ministeri d'Economia i Competitivitat i de fons europeus FEDER. L'estudi s'ha dut a terme amb investigadors de la Universitat de Medicina de Yale (EUA) la Universitat de Medicina de Ginebra (Suïssa), la Universitat de Barcelona, la Universitat Paul Sabatier de Toulouse (França), l'Hospital Universitari Virgen del Rocío de Sevilla, la Universitat de Santiago de Compostela, l'Institut d'Investigació Biomèdica de Bellvitge (IDIBELL), la Universitat de Medicina Veterinària (Hongria) i de l'Hospital Clínic de Barcelona.

Article de referència:

Sara Ramírez, Alicia G Gómez-Valadés, Marc Schneeberger, Luis Varela, Roberta Haddad-Tóvolli, Jordi Altirriba, Eduard Noguera, Anne Drougard, Álvaro Flores-Martínez, Mónica Imbernón, Iñigo Chivite, Macarena Pozo, Andrés Vidal-Itriago, Ainhoa Garcia, Sara Cervantes, Rosa Gasa, Ruben Nogueiras, Pau Gama-Pérez, Pablo M Garcia-Roves, David A Cano, Claude Knauf, Joan-Marc Servitja, Tamas L Horvath, Ramon Gomis, Antonio Zorzano and Marc Claret

Mitochondrial dynamics mediated by Mitofusin 1 is required for POMC neuron glucose-sensing and insulin release control

Cell Metabolism (2017). doi: 10.1016/j.cmet.2017.05.010

Sobre l’IRB Barcelona

Creat el 2005 per la Generalitat de Catalunya i la Universitat de Barcelona, l'IRB Barcelona és Centre d'Excel·lència Severo Ochoa des de 2011. L’objectiu de l’IRB Barcelona és fer recerca d'excel·lència en biomedicina i millorar la qualitat de vida de les persones i, en paral·lel, potenciar la formació de talent, la transferència tecnològica i la comunicació social de la ciència. Els 25 laboratoris i set plataformes tecnològiques treballen per respondre a preguntes bàsiques en biologia i orientades a malalties com ara el càncer, la metàstasi, l’Alzheimer, la diabetis i malalties rares. És un centre internacional que acull al voltants de 400 treballadors de 32 nacionalitats. Està ubicat en el Parc Científic de Barcelona. L’IRB Barcelona forma part del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST) i la xarxa de Centres de Recerca de Catalunya (CERCA).