Bioingenieure visualisieren Zeitpunkt und Ort der Fettspeicherung in Fruchtfliegen

Zum ersten Mal haben Forscher den Zeitpunkt und Ort der Fettspeicherung in den intakten Zellen von Fruchtfliegen in hoher Auflösung visuell überwacht. Das neue optische Bildgebungstool aus dem Labor des Bioingenieur-Professors Lingyan Shi an der University of California San Diego wird bereits eingesetzt, um die oft diskutierten, aber mysteriösen Zusammenhänge zwischen Ernährung und Dingen wie Fettleibigkeit, Diabetes und Alterung zu entwirren. Die Arbeit von Bioingenieuren der UC San Diego Jacobs School of Engineering wird in der Zeitschrift veröffentlicht Alternde Zelle.

Die von den Bioingenieuren der UC San Diego entwickelte optische Mikroskopieplattform ist einzigartig. Es ermöglicht den Forschern, in Fettzellen in hoher Auflösung visuell zu verfolgen, wie bestimmte Ernährungsumstellungen die Art und Weise beeinflussen, wie Fliegen die Energie aus ihrer Nahrung in Fett umwandeln. Das Tool ermöglicht es den Forschern auch, den umgekehrten Prozess der Umwandlung von Fett in Energie zu überwachen. Darüber hinaus können die Forscher jetzt Größenänderungen in einzelnen fettspeichernden „Behältern“ innerhalb der Klasse der Fruchtfliegenzellen, die den Fettzellen (Fettzellen) von Säugetieren analog ist, visuell überwachen.

In der neuen Zeitung in Alternde Zelle, Die Forscher demonstrierten die Fähigkeit, Änderungen im Fett- (Lipid-)Stoffwechsel bei Fliegen visuell zu verfolgen, nachdem sie auf eine Vielzahl unterschiedlicher Diäten gesetzt wurden. Die Diäten umfassten kalorienreduzierte Diäten, proteinreiche Diäten und Diäten mit dem doppelten, vierfachen und zehnfachen Zucker einer Standarddiät.

„Mit unserem neuen optischen Mikroskopiesystem können wir sehen, wo und wann Fette eingelagert und aus der Lagerung genommen werden“, sagte Shi, Professor für Bioingenieurwesen an der UC San Diego, der der entsprechende leitende Autor des neuen Papiers ist. „Dies ist die erste Bildgebungstechnologie, die den Fettstoffwechsel in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung innerhalb einzelner Fettzellen darstellen kann. Wir haben gezeigt, dass wir sehen können, wo und wann sich der Fettstoffwechsel in einzelnen Fettkörperzellen der Fruchtfliege als Reaktion auf die Ernährung ändert Änderungen.“

„Das Interesse an der Optimierung der menschlichen Ernährung ist groß“, fuhr Shi fort. „Die Menschen wollen Antworten auf Fragen wie ‚Was sind die besten Diäten, um das Altern zu verlangsamen? Was sind die besten Diäten zum Abnehmen? Ich habe noch keine Antworten auf diese Fragen, aber in meinem Labor entwickeln wir neue Technologien, die uns der Beantwortung einiger der großen Ernährungsfragen näher bringen.“

In der neuen Arbeit berichten die Forscher zum Beispiel über einen neuen Weg, um Fragen zu beantworten wie: Wie stark verändert eine bestimmte Ernährung, wie eine proteinreiche Ernährung oder eine zuckerreiche Ernährung oder eine kalorienreduzierte Ernährung, a Der Prozess der Fruchtfliege, Energie aus Nahrung in Fett umzuwandeln? Und wie sehr beeinflussen diese Diäten den Prozess einer Fruchtfliege, Fett wieder in Energie umzuwandeln?

„Wir haben dieses Tool entwickelt, um uns dabei zu helfen, die Beziehungen zwischen Ernährung und Phänomenen wie Fettleibigkeit, Diabetes, Alterung und Langlebigkeit zu entwirren“, sagte Shi.

Die Verfolgung der Größe von Fetttröpfchen in intakten Fruchtfliegenzellen ist ein Beispiel dafür, was mit der neuen Visualisierungsplattform möglich ist.

„Die Tröpfchengröße ist eine Möglichkeit zu verfolgen, wie viel des gespeicherten Fetts ‚umgewandelt‘ oder wieder in Energie umgewandelt wird. Dies ist ein wichtiger Aspekt des Fettstoffwechsels, und wir haben jetzt ein Werkzeug, mit dem wir Änderungen in der Größe verfolgen können spezifischer Lipidtröpfchen in einzelnen Zellen von Fruchtfliegen“, sagte Yajuan Li, MD. Ph.D., Postdoktorand im Shi-Labor an der UC San Diego und Erstautor des Artikels.

Schweres Wasser

Die neue Visualisierungsplattform baut auf einigen von Shis früheren Arbeiten auf und verwendet eine Variation von normalem Wasser, genannt schweres Wasser oder (D2O). Schweres Wasser ist buchstäblich schwerer als normales Wasser. Schwere Wassermoleküle enthalten wie normales Wasser ein Sauerstoffatom. Aber anstelle des Paares von Wasserstoffatomen – das „H2“ in „H2O“ – enthält schweres Wasser ein Paar schwererer Deuteriumatome.

Wie „normales“ Wasser wird schweres Wasser frei in Zellen lebender Organismen eingebaut. Wenn die Forscher also einer Fruchtfliege schweres Wasser geben und diese Fruchtfliege beginnt, Energie aus ihrer Nahrung in Fettmoleküle umzuwandeln, die gespeichert werden sollen, enthalten einige dieser Fettmoleküle Deuterium. Auf diese Weise bietet die Prävalenz von Deuteriumatomen in Lipiden, die in den Fettzellen von Fruchtfliegen gespeichert sind, eine Möglichkeit, zu messen, wie viel Fett diese Fliege gespeichert hat.

Indem Sie die Ernährung einer Fliege ändern und gleichzeitig schweres Wasser einführen, können Sie überwachen, wie sich die Ernährung auf den Lipidumsatz auswirkt. Weitere Details zur Funktionsweise des Systems finden Sie hier Profil 2021in dem Shi sagte: „Wenn wir eine neue Technologie, ein neues Werkzeug entwickeln, wird uns das definitiv dazu inspirieren, neue biologische Fragen zu stellen.“

Wenn es darum geht, die Zusammenhänge zwischen Ernährungszusammensetzung und Fettstoffwechsel zu verstehen, bringen die neuen biologischen Fragen die Forscher zurück zu einigen der ältesten und faszinierendsten Fragen zu Zusammenhängen zwischen Ernährung und Fettleibigkeit, Diabetes, Alterung und Langlebigkeit.