The arcuate nucleus as a conduit for various signals relevant to energy homeostasis

Arcuate nucleus neuronien tiedetään reagoivan monenlaisiin hormoneihin ja ravintoaineisiin, mukaan lukien leptiiniin, insuliiniin, gonadin steroideihin ja glukoosiin. Mahdollisten kuljetusmekanismien lisäksi perifeeriset aineet voivat päästä näihin neuroneihin arcuate-ytimen solurunkojen ja projisointien kautta median eminenceen, alueeseen, jota pidetään circumventrikulaarisena elimenä. Arcuate on voimakas leptiinin vaikutuskohta, joka luultavasti välittää osan leptiinin vaikutuksista arcuate-neuroneiden neuropeptidi Y/agoutiin liittyvä peptidi (NPY/AgRP) ja pro-opiomelanokortiini (POMC) -neuroneiden välityksellä ja tuo tämän rakenteen mukaan energiavarastojen pitkäaikaiseen valvontaan. Kuitenkin greliini, kasvuhormonin eritysreseptorin endogeeninen ligandi, voi myös stimuloida ruokailua ja painonnousua osittain vaikuttamalla kaarikäytävän NPY-neuronien reseptoreihin. Koska greliini erittyy mahalaukusta sisällön tyhjennyttyä, ja sen puoliintumisaika on enintään tunti, kaarevalla ytimellä voi olla merkitystä myös akuuttien ravinnemuutosten havaitsemisessa ja niihin reagoimisessa. Olemme kehittäneet järjestelmän, jolla voidaan rekisteröidä arcuate POMC -neuroneista käyttäen hiirtä, joka sisältää transgeenin, jossa POMC-promoottori ohjaa vihreän fluoresoivan proteiinin (GFP) ilmentymistä. Näissä hiirissä 99 prosenttia β-endorfiinipositiivisista neuroneista ilmentää GFP:tä, mikä tekee koko solun patch clamp -rekisteröinnit harvaan jakautuneista POMC-neuroneista helpoiksi. Leptiini näyttää aktivoivan kaikki POMC-neuronit kahden eri mekanismin kautta, kun taas noin 30-50 prosenttia neuroneista näyttää estyvän gammamelanosyyttiä stimuloivan hormonin (MSH) spesifisen agonistin vaikutuksesta. Jälkimmäinen tulos viittaa siihen, että melanokortiini-3-reseptori (MC3-R) saattaa toimia autoinhibitorisena reseptorina joissakin POMC-neuroneissa. Tämä hypotalamuksen viipalepreparaatti vahvistaa myös kaarevien POMC-neuronien reagointikyvyn monenlaisiin ravintoaineisiin ja hormoneihin. Siten kaarimainen melanokortiinijärjestelmä kuvataan parhaiten monien erilaisten energiahomeostaasiin liittyvien signaalien kanavana, jossa leptiini toimii tonaalisesti säätelemällä piirin reagointikykyä monenlaisiin hormoneihin ja ravintoaineisiin.