Analiza wpływu owoców żurawiny błotnej (Oxycoccus

Katarzyna Kowalska
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności
Stypendystka projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych
za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki.
„Analiza wpływu owoców żurawiny błotnej (Oxycoccus
quadripetalus ) na przebieg procesu adipogenezy w komórkach
linii 3T3-L1”.
Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) uznała otyłość za epidemię XXI wieku.
Problem nadwagi i otyłości dotyczy coraz większej liczby osób i rozprzestrzenia się w bardzo
szybkim tempie. W Polsce otyłość stwierdzono u około 4 milionów osób, co stanowi ponad
1/10 społeczeństwa. W województwie wielkopolskim 17,2% dzieci i młodzieży ma nadwagę i
otyłość. Masa ciała wg wskaźnika BMI u kobiet wg województw: wielkopolskie: prawidłowa
masa ciała 51%, nadwaga 27%, otyłość 20%, otyłość znaczna 1%. Masa ciała wg wskaźnika
BMI u mężczyzn wg województw: wielkopolskie: prawidłowa masa ciała 35%, nadwaga 36%,
otyłość 28%, otyłość znaczna l %. Otyłość i nadwaga jest niezależnym czynnikiem ryzyka
wielu chorób cywilizacyjnych i głównym czynnikiem wystąpienia zespołu metabolicznego.
Otyłość jest nie tylko problemem medycznym, przyczyniając się bezpośrednio do
przedwczesnych zgonów, ale również ekonomicznym - koszty związane z otyłością stanowią
około
2-7%
nakładów
na
służbę
zdrowia.
Ryzyko
zdrowotne,
konsekwencje
psychospołeczne, jak też koszty finansowe związane z otyłością są ogromne, i zajmują
uwagę lekarzy wszelkich specjalności. Są również pośrednie koszty otyłości, do których
zaliczyć można m.in. zmniejszenie dochodów i wydajności pracy. Podobnie jak nadciśnienie
tętnicze czy hiperlipidemia, otyłość wymaga przewlekłego leczenia. Podstawą leczenia jest
dieta oraz wysiłek fizyczny.
Epidemia otyłości skupia uwagę na tkance tłuszczowej i procesie wzrostu tkanki
tłuszczowej – adipogenezie. Występowanie szeregu nieprawidłowości związanych z
nadmiernym wzrostem tkanki tłuszczowej wymusza konieczność poszukiwania skutecznych
metod dietoprofilaktyki i dietoterapii otyłości, a tu pomocna może być znajomość
mechanizmów działania ilości i składu pożywienia na procesy, które zachodzą w komórkach
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
tłuszczowych (adipocytach). Znajomość biologii adipocytów jest decydująca dla zrozumienia
podstaw patofizjologii otyłości i schorzeń metabolicznych. Ponadto racjonalne manipulowanie
fizjologią adipocytów jest obiecującą drogą w kierunku terapii tych schorzeń. Poprzez
ingerencję w mechanizmy regulujące procesy proliferacji i różnicowania komórek
tłuszczowych istnieje możliwość ograniczenia przyrostu masy tkanki tłuszczowej oraz
osłabienia skutków ubocznych towarzyszących otyłości. Wyniki badań sugerują, że naturalne
związki bioaktywne zawarte w owocach żurawiny mogą prowadzić do hamowania procesów
adipogenezy i lipogenezy, stymulacji procesu lipolizy czy indukcji apoptotycznej śmierci
komórek tłuszczowych.
W niniejszej pracy doktorskiej analizie poddano właściwości liofilizowanych owoców
żurawiny błotnej (Oxycoccus quadripetalus) w aspekcie ich wykorzystania w prewencji i
terapii otyłości. Badania wykonano na mysich komórkach linii 3T31-L1, które zostały uznane
za jeden z najlepszych modeli in vitro znajdujących zastosowanie w badaniach procesu
różnicowania preadipocytów i powstawania dojrzałych komórek tłuszczowych. Stymulacja
komórek linii 3T3-L1 kortykosteroidami i insuliną uaktywnia mechanizmy genetyczne
regulujące różnicowanie komórek w dojrzałe adipocyty. Po procesie indukowanego
różnicowania 90% komórek wykazuje cechy charakterystyczne dla dojrzałych adipocytów
(fot. 1), które posiadają większość cech morfologicznych i biochemicznych typowych dla
komórek tłuszczowych in vivo. Celem pracy doktorskiej jest analiza wpływu owoców
żurawiny błotnej na procesy adipogenezy, lipogenezy i lipolizy zachodzące w białej tkance
tłuszczowej. Cześć eksperymentalna pracy obejmuje m. in. określenie wpływu żurawiny na
przeżywalność prekursorowych komórek tłuszczowych (preadipocytów), dojrzałych komórek
tłuszczowych (adipocytów) oraz przeżywalność komórek 3T3-L1 podczas procesu
różnicowania. W dalszej części analizowano wpływ żurawiny na proces lipogenezy w tkance
tłuszczowej poprzez pomiar ilości lipidów gromadzonych w komórkach tłuszczowych. Proces
adipogenezy jest pod ścisłą kontrolą genetyczną, a kluczową rolę w molekularnej regulacji
procesu różnicowania odgrywają czynniki transkrypcyjne takie jak: PPARγ, C/EBPα i
SREBP1. W związku z tym, zbadano poziom ekspresji tych genów za pomocą ilościowego
PCR w czasie rzeczywistym. Określono również wpływ owoców żurawiny błotnej na poziom
ekspresji genów związanych z procesem lipogenezy i lipolizy, takich jak: aP2, LPL, FAS,
HSL i perilipiny. Tkanka tłuszczowa jest aktywnym organem endokrynnym, syntetyzującym
liczne specyficzne dla adipocytów, biologiczne czynne peptydy zwane adipocytokinami.
Adipocytokiny działają w obrębie samej tkanki tłuszczowej oraz wpływają na odległe narządy
i tkanki. Do najważniejszych i najlepiej poznanych adipocytokin należą: leptyna i
adiponektyna. W niniejszej pracy doktorskiej analizowano również wpływ żurawiny na
poziom mRNA oraz poziom białka głównych hormonów peptydowych tkanki tłuszczowej:
leptyny i adiponektyny. W wyniku badań przeprowadzonych w ramach pracy doktorskiej,
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
wykazano nowy kierunek prewencyjnego i terapeutycznego działania ekstraktu z całych
owoców żurawiny, która przez modulowanie procesu adipogenezy mogłaby kontrolować
masę tkanki tłuszczowej i łagodzić niekorzystne efekty związane z nadmiernym rozrostem
białej tkanki tłuszczowej. Włączenie żurawiny do produkcji nowej linii produktów
spożywczych o udowodnionym działaniu terapeutycznym mogłaby wzbogacić ofertę rynkową
i eksportową wielkopolskiego przemysłu spożywczego i tym samym zwiększyć jego
konkurencyjność.
Również
opracowanie
modelu
tkanki
tłuszczowej
in
vitro
i
wystandaryzowanych metod badawczych pozwoli na szybką i efektywną selekcję związków
o największym potencjale antyadipogennym przy jednocześnie niskiej cytotoksyczności oraz
pozwoli poznać molekularne mechanizmy, na które naturalne produkty wpływają.
A
B
Fot. 1. Komórki 3T3-L1 przed (A - preadipocyty) i po procesie indukowanego
różnicowania ( B- adipocyty z widocznymi kroplami lipidów, fot. K. Kowalska)
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego