Info Seputar Kesehatan

 sirkuit saraf mengontrol rasa lapar 

Menjelajahi akar kelaparan, perilaku makan

Studi menunjukkan plastisitas bahwa kabel otak mengontrol perilaku makan

sinaptik plastisitas - kemampuan koneksi sinaptik antara neuron otak untuk mengubah dan memodifikasi dari waktu ke waktu - telah terbukti menjadi kunci untuk pembentukan memori dan akuisisi perilaku pembelajaran baru. Sekarang penelitian yang dipimpin oleh tim ilmiah di Harvard yang berafiliasi Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) mengungkapkan bahwa sirkuit saraf mengontrol rasa lapar dan perilaku makan juga dikendalikan oleh plastisitas.

Akar kelaparan, makan, dan berat berbasis di kompleks dan cepat-api neurocircuitry otak. Selama bertahun-tahun, sel-sel saraf yang mengandung agouti-related peptide (AgRP) protein dan proopiomelanocortin (POMC) protein telah muncul sebagai pemain penting dalam perilaku makan. Terletak di hipotalamus, daerah otak yang mengontrol fungsi tubuh otomatis, AgRP telah ditunjukkan untuk mendorong makan dan berat badan sementara neuron POMC menghambat perilaku makan, menyebabkan kenyang dan penurunan berat badan.

Digambarkan dalam edisi 9 Februari jurnal Neuron, temuan menunjukkan bahwa selama berpuasa, AgRP yang mendorong perilaku makan benar-benar mengalami perubahan anatomis yang menyebabkan mereka untuk menjadi lebih aktif, yang menghasilkan mereka "belajar" untuk menjadi lebih responsif terhadap kelaparan mempromosikan rangsangan saraf.

"Peran plastisitas secara umum belum dievaluasi dalam sirkuit saraf yang mengontrol perilaku makan, dan dengan penemuan baru ini kita bisa mulai untuk mengungkap mekanisme dasar yang mendasari kelaparan dan mendapatkan pemahaman yang lebih besar dari faktor-faktor yang mempengaruhi berat badan dan obesitas," jelas penulis senior Bradford Lowell, seorang peneliti di Divisi BIDMC Endokrinologi, Diabetes dan Metabolisme dan profesor kedokteran di Harvard Medical School (HMS).

Menambahkan BIDMC Ketua Neurology Clifford Saper, "Bagi kebanyakan hewan, menemukan makanan yang cukup untuk bertahan hidup adalah tantangan terbesar mereka sehari-hari, sehingga meningkatkan otak dalam memberi makan drive mungkin bersifat adaptif. Tapi, bagi manusia yang kelebihan berat badan, mengurangi dorongan ini ke AgRP mungkin terbukti menjadi jalan untuk terapi penurunan berat badan di masa depan. "

Penelitian sebelumnya oleh laboratorium Lowell dan lain-lain telah menunjukkan bahwa ketika AgRP pada tikus secara artifisial diaktifkan, binatang makan lahap, memakan empat kali lebih dari hewan kontrol. "The 'switched-on' hewan pencarian dalam mode tak henti-hentinya untuk makanan, dan ketika diberi tugas untuk mendapatkan pelet, akan bekerja lima kali lebih sulit untuk mendapatkan mereka," jelas Lowell. "Mengingat peran penting yang dimainkan oleh AgRP, kami memiliki minat yang besar dalam memahami faktor-faktor yang mengatur aktivitas mereka." Sementara banyak fokus telah berpusat pada hormon, termasuk leptin, insulin, dan ghrelin, tim Lowell hipotesis bahwa sel-sel saraf lainnya mungkin menjadi mekanisme yang mengatur aktivitas neuron.

Neuron berkomunikasi dengan satu sama lain melalui neurotransmiter, pembawa pesan kimia yang melintasi sinapsis, persimpangan khusus antara neuron hulu dan hilir. Glutamat adalah salah satu neurotransmitter rangsang tersebut.

"Studi di daerah lain dari otak [misalnya, yang mengendalikan pembelajaran dan penghargaan dan kecanduan perilaku] telah menunjukkan bahwa sinapsis glutamat sangat plastik, perubahan dalam kekuatan mereka dan kadang-kadang bahkan dalam jumlah mereka," jelas Lowell. Tampil untuk melakukan kontrol kuat atas perilaku, plastisitas sinaptik dibawa tentang kapan glutamat mengikat reseptor NMDA pada neuron hilir.

"Ketika glutamat akan dirilis oleh neuron hulu dan mengikat reseptor NMDA, kalsium memasuki neuron hilir. Hal ini, pada gilirannya, melibatkan jalur transduksi sinyal yang menyebabkan plastisitas sinaptik. Di bagian lain dari otak, seperti hippocampus, NMDA reseptor berkendara plastisitas yang berfungsi untuk mengkodekan kenangan, "tambah Lowell.

Dipimpin oleh co-penulis pertama - Tiemin Liu, Dong Kong, Bhavik P. Shah, dan Chian Ping Ye - para peneliti menciptakan dan mempelajari tikus rekayasa genetika kurangnya glutamat-mengikat reseptor NMDA pada AgRP. Demi perbandingan, mereka juga menciptakan tikus yang direkayasa secara genetik kekurangan reseptor NMDA pada neuron POMC.

Mereka menemukan bahwa sementara tikus yang tidak memiliki reseptor NMDA pada neuron POMC menunjukkan tidak ada perubahan dalam perilaku makan, situasinya berbeda secara dramatis pada tikus yang kekurangan reseptor NMDA pada AgRP. "Tikus-tikus ini makan banyak kurang dan jauh lebih kurus dari kelompok tikus kontrol," jelas Lowell. Selain itu, para ilmuwan menemukan bahwa waktu 24 jam puasa - yang menyebabkan kelaparan intens dalam tikus kontrol - dikaitkan dengan peningkatan 67 persen dalam jumlah duri dendritik pada AgRP.

"Duri Dendritic adalah struktur kecil yang melekat pada dendrit neuron itu, cabang-cabang treelike yang menerima sinyal masuk dari neuron hulu," jelas Lowell. "Struktur ini adalah situs fisik, hub komunikasi subselular, di mana masukan sinaptik dari hulu neuron glutamat-releasing diterima, biasanya satu input sinaptik per tulang belakang."

"Saya telah mempelajari duri untuk waktu yang lama dan aku belum pernah dilihat sebelumnya manipulasi yang memicu perubahan yang cepat dan kuat seperti di nomor tulang belakang," kata rekan penulis Bernardo Sabatini, seorang Howard Hughes Medical Institute penyidik ​​di Departemen Neurobiologi di Harvard Medical School (HMS). "Jelas, makan yang menghubungkannya dengan mekanisme yang paling dasar yang mengendalikan sinaps dan nomor punggung dalam sel-sel. Ini mungkin sebuah sistem yang bagus untuk tidak hanya memahami perilaku makan, tetapi juga untuk memahami biologi sel balik pembentukan sinaps dinamis dan retraksi. "

Ketika tikus kontrol kembali makan - dan rasa lapar mereka diringankan - jumlah duri turun kembali normal. (Sebaliknya, puasa tidak berpengaruh pada jumlah tulang pada tikus mutan kekurangan reseptor NMDA pada AgRP.) Perubahan dramatis dalam jumlah tulang belakang dan hubungan erat dengan keadaan lapar dan kenyang pada tikus kontrol - dan tidak adanya perubahan di tulang nomor pada tikus yang tidak memiliki reseptor NMDA di hilir AgRP - sangat menunjukkan bahwa plastisitas struktural sinapsis glutamat rangsang pada AgRP merupakan regulator penting dari perilaku makan, kata Lowell.

"Obesitas merupakan faktor utama risiko untuk diabetes tipe 2, penyakit jantung, dan beberapa jenis kanker," tambahnya. "Dengan memahami mekanisme neurobiologis yang mendasari perilaku makan, kita dapat bekerja pada pengobatan untuk masalah yang kini telah menjadi epidemi global. Temuan ini mendekatkan kita pemahaman mekanistik tentang bagaimana berbagai faktor mengendalikan rasa lapar mungkin berhasil. "

Penelitian ini didukung oleh dana dari National Institutes of Health dan American Diabetes Association, serta dukungan dari Fellowship predoctoral Shapiro dan Yayasan program beasiswa postdoctoral Penyakit Parkinson.

Selain Lowell, Sabatini, dan penulis pertama kertas, co-penulis termasuk peneliti BIDMC Shuichi Koda dan Zongfang Yang dan HMS peneliti Arpiar Saunders dan Jun B. Ding.