Istuv eluviis ja kõrge kalorisisaldusega toit tähendavad, et energiatarbimise ja -kulutamise tasakaal on inimestel tänapäeval üha enam paigast ära. See toob omakorda kaasa ainevahetushaiguste esinemise suurenemist, sh üha enam rasvumist ja diabeeti.  

AMP-aktiveeritud kinaas (AMPK) on ensüüm, mis toimib lihaste „energialülitina“, reguleerides rakkude ainevahetust. Kui AMPK aktiveeritakse toitainete puudulikkuse tõttu, stimuleerib see glükoosi omastamist ja lipiidide oksüdatsiooni, et toota energiat, lülitades samal ajal välja „energiat tarbivad protsessid“, sealhulgas glükoosi ja lipiidide tootmise, et taastada energia tasakaal. 

Teisisõnu kasutatakse aktivatsiooni tulemusel toidust saadud glükoosi ja rasvhappeid ATP (adenosiintrifosfaadi) tootmiseks ja ei talletata neid organismis glükogeeni ja rasvana. Seega on  aktiveerimine ka potentsiaalne terapeutiline sihtmärk ainevahetushaiguste raviks. Pikaajaliselt muudab AMPK geeniekspressiooni, suurendades ATP-d tootvate mitokondrite arvu.

Tallinna Tehnikaülikooli (TalTech) küberneetika instituudi süsteemibioloogia labori teadlased avastasid aga hiljuti, et AMPK aktivatsiooni ulatus ei ole kõigis lihastes ühesugune. 

Südamelihas põletab rohkem rasva kui säärelihas

„Nimelt on meie keha skeletilihased spetsialiseerunud vastavalt nende funktsioonile. Pidevat tööd tegevates lihastes, nagu südamelihas ja stabilisaatorlihased, mis hoiavad meid kogu päeva püsti, on rohkem mitokondreid, mis toodavad ATP-d lihaste tööks,“ märgivad artikli esiautorid, TalTechi doktorant-nooremteadur Romain Bernasconi ja magistrant Kärol Soodla. ATP ehk adenosiintrifosfaat on aga n-ö universaalne energia talletaja ja ülekandja, mis osaleb kõigi rakkude metabolismis. 

Süda ja skeletilihased moodustavad Bernasconi sõnul 40–50% inimese kehamassist ning on meie keha üks peamisi energiatarbijatest organismis. Võrreldes nendega on intensiivseks tööks kohandunud lihased (näiteks jalalihased, mida kasutame hüppamisel), väsimusele vastuvõtlikumad (vt juuresolevat joonist). „Neis lihastes on vähem mitokondreid, kuid rohkem müofibrille, mis tagavad suurema jõu tootmise. Lihaste omadusi mõjutab teatud määral ka treening,“ nendib Bernasconi. 

Mida vastupidavam lihas, seda suurem AMPK aktivatsioon

Uus uuring näitas, et kuigi kõik lihased toodavad peaaegu sama palju AMPK-d, on selle aktivatsioon suurem südames ja stabilisaatorlihastes. Seega sõltub AMPK aktivatsioon lihase funktsioonist. Pikaajalisemalt töötavad lihased on vastupidavamad ja nendes on AMPK aktivatsioon suurem. Sellega tagatakse glükoosi ja rasvhapete omastamine ning säilitatakse suurem mitokondrite arv ja ATP tootmise suutlikkus. 

Avastus nõuab uurimise jätkamist

On teada, et AMPK-d aktiveerivad ravimid suudavad ennetada rasvumist hiirtel, kellel esineb diabeet või kelle dieet koosneb rasvarikkast toidust. Siiski pole kõik AMPK aktivatsiooni mehhanismid rakutasandil veel täielikult selged, mistõttu nende põhjalik uurimine jätkub. 

Selle mehhanismi uurimine on endiselt käimas. Uuringu tulemused näitasid, et erinev AMPK aktivatsioon ei korreleerunud AMPK peamise aktivaatori, maksa kinaasi B1 (LKB1) ekspressiooniga. Samuti viitavad varasemad teadusuuringud, et see ei korreleeru ka AMP üldise tasemega. 

Miks on AMPK südames rohkem aktiveeritud?

Üks võimalik selgitus, miks AMPK on südames ja stabilisaatorlihastes rohkem aktiveeritud, on rakusisene keskkond, mis ei ole ühtlane – lihasrakud sisaldavad erinevaid struktuure, mis jaotavad raku väiksemateks osadeks. Seega erinevad struktuurid lihasrakkudes aitavad moodustada piirkondi, kus AMP kontsentratsioon eristub keskmisest. Võib arvata, et südames ja stabilisaatorlihastes on AMPK aktivatsioon suurem, kuna AMPK paikneb nendes piirkondades, kus AMP kontsentratsioon on keskmisest kõrgem. Kuid selle kinnitamiseks on vajalikud täiendavad uuringud. 

Need tulemused toovad valgust varem alahinnatud keerukusele rakkude ainevahetuse regulatsioonis. Põhjalikum arusaam AMPK regulatsiooni mehhanismidest aitab luua teadusliku aluse, millele saavad hilisemad rakendusuuringud tugineda. 

Uuring avaldati hiljuti ajakirjas American Journal of Physiology (Endocrinology and Metabolism) (https://doi.org/10.1152/ajpendo.00261.2024), autoriteks TalTechi teadlased Romain Bernasconi, Kärol Soodla, Alex Sirp, Kairit Zovo, Maria Kuhtinskaja, Tiit Lukk, Marko Vendelin ja Rikke Birkedal. Uuring valmis Tallinna Tehnikaülikooli küberneetika instituudi süsteemibioloogia laboris koostöös keemia ja biotehnoloogia instituudi  uurimisrühmadega (molekulaarne neurobioloogia, puidukeemia ja analüütiline keemia) ning seda rahastas Eesti Teadusagentuur (grant nr PRG1127).

*Artikkel ilmus teadusportaalis Novaator.