Les bioingénieurs visualisent le moment et l’emplacement du stockage des graisses chez les mouches des fruits

Pour la première fois, des chercheurs ont surveillé visuellement, en haute résolution, le moment et l’emplacement du stockage des graisses dans les cellules intactes des mouches des fruits. Le nouvel outil d’imagerie optique du laboratoire du professeur de bio-ingénierie Lingyan Shi de l’Université de Californie à San Diego est déjà utilisé pour démêler les liens souvent discutés, mais mystérieux, entre l’alimentation et des choses comme l’obésité, le diabète et le vieillissement. Les travaux des bioingénieurs de la UC San Diego Jacobs School of Engineering sont publiés dans la revue Cellule vieillissante.

La plate-forme de microscopie optique développée par les bioingénieurs de l’UC San Diego est unique. Il permet aux chercheurs de suivre visuellement, en haute résolution dans les cellules graisseuses, comment des changements alimentaires spécifiques affectent la façon dont les mouches transforment l’énergie de leur nourriture en graisse. L’outil permet également aux chercheurs de surveiller le processus inverse de transformation des graisses en énergie. De plus, les chercheurs peuvent désormais surveiller visuellement les changements de taille dans les « conteneurs » individuels de stockage de graisse dans la classe des cellules de mouches des fruits qui est analogue aux cellules adipeuses (adipeuses) de mammifères.

Dans le nouveau journal de Cellule vieillissante, les chercheurs ont démontré la capacité de suivre visuellement les changements dans le métabolisme des graisses (lipides) chez les mouches après qu’elles aient été soumises à un large éventail de régimes différents. Les régimes comprenaient des régimes hypocaloriques, des régimes riches en protéines et des régimes contenant deux, quatre fois et dix fois plus de sucre qu’un régime standard.

« Avec notre nouveau système de microscopie optique, nous pouvons voir à la fois où et quand les graisses sont stockées et sorties du stockage », a déclaré Shi, professeur de bio-ingénierie à l’UC San Diego, qui est l’auteur principal correspondant du nouvel article. « Il s’agit de la première technologie d’imagerie capable de visualiser le métabolisme des graisses à haute résolution dans l’espace et dans le temps au sein des cellules graisseuses individuelles. changements. »

« L’intérêt pour l’optimisation de l’alimentation humaine est intense », a poursuivi Shi. « Les gens veulent des réponses à des questions telles que : ‘Quels sont les meilleurs régimes pour ralentir le vieillissement ? Quels sont les meilleurs régimes pour perdre du poids ? Quels sont les meilleurs régimes pour prolonger la durée de vie ?’ Je n’ai pas encore de réponses à ces questions, mais dans mon laboratoire, nous développons de nouvelles technologies qui nous rapprochent de la réponse à certaines des grandes questions alimentaires. »

Dans le nouveau travail, par exemple, les chercheurs rapportent une nouvelle façon de répondre à des questions telles que : dans quelle mesure un régime spécifique, tel qu’un régime riche en protéines, ou un régime riche en sucre, ou un régime hypocalorique, modifie-t-il un processus de transformation de l’énergie des aliments en graisse par la mouche des fruits? Et dans quelle mesure ces mêmes régimes affectent-ils le processus de transformation des graisses en énergie par une mouche des fruits ?

« Nous avons développé cet outil pour nous aider à démêler les relations entre l’alimentation et des phénomènes comme l’obésité, le diabète, le vieillissement et la longévité », a déclaré Shi.

Le suivi de la taille des gouttelettes de graisse dans les cellules intactes de la mouche des fruits est un exemple de ce qui est possible avec la nouvelle plateforme de visualisation.

« La taille des gouttelettes est un moyen de suivre la quantité de graisse stockée qui se « retourne » ou se reconvertit en énergie. C’est un aspect important du métabolisme des lipides, et nous avons maintenant un outil qui nous permet de suivre les changements de taille. de gouttelettes lipidiques spécifiques dans les cellules individuelles des mouches des fruits », a déclaré Yajuan Li, MD. Ph.D., qui est chercheur postdoctoral au laboratoire Shi de l’UC San Diego et premier auteur de l’article.

Eau lourde

La nouvelle plate-forme de visualisation s’appuie sur certains des travaux antérieurs de Shi utilisant une variante de l’eau ordinaire, appelée eau lourde ou (D2O). L’eau lourde est littéralement plus lourde que l’eau ordinaire. Les molécules d’eau lourde contiennent un atome d’oxygène comme l’eau ordinaire. Mais à la place de la paire d’atomes d’hydrogène – le « H2 » dans « H2O » – l’eau lourde contient une paire d’atomes de deutérium plus lourds.

Comme l’eau « normale », l’eau lourde s’incorpore librement dans les cellules des organismes vivants. Ainsi, lorsque les chercheurs fournissent de l’eau lourde à une mouche des fruits, et que cette mouche des fruits commence à convertir l’énergie de sa nourriture en molécules de graisse à stocker, certaines de ces molécules de graisse contiennent du deutérium. De cette façon, la prévalence des atomes de deutérium dans les lipides stockés dans les cellules graisseuses des mouches des fruits fournit un moyen de mesurer la quantité de graisse stockée par la mouche.

En changeant le régime alimentaire d’une mouche en même temps que vous introduisez de l’eau lourde, vous avez un moyen de surveiller comment le régime modifie le renouvellement des lipides. Plus de détails sur le fonctionnement du système sont dans ce Profil 2021dans lequel Shi a déclaré: « Lorsque nous développons une nouvelle technologie, un nouvel outil, cela nous incitera certainement à poser de nouvelles questions biologiques. »

Lorsqu’il s’agit de comprendre les liens entre la composition de l’alimentation et le métabolisme des lipides, les nouvelles questions biologiques ramènent les chercheurs à certaines des questions les plus anciennes et les plus intrigantes sur les liens entre l’alimentation et l’obésité, le diabète, le vieillissement et la longévité.