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

Arcuate nucleus neuronen reageren op een breed spectrum van hormonen en nutriënten, waaronder leptine, insuline, gonadale steroïden en glucose. Naast potentiële transportmechanismen kunnen perifere stoffen toegang krijgen tot deze neuronen via arcuate cellichamen in en projecties naar de mediane eminence, een gebied dat beschouwd wordt als een circumventriculair orgaan. De arcuate is een krachtige plaats van leptinewerking, waarbij waarschijnlijk een deel van de leptine-effecten via arcuate neuropeptide Y/agouti-gerelateerde peptide (NPY/AgRP) en pro-opiomelanocortine (POMC)-neuronen worden gemedieerd, en waarbij deze structuur betrokken is bij de langetermijncontrole van de energievoorraad. Ghreline, het endogene ligand van de groeihormoon secretagereceptor, kan echter ook voeding en gewichtstoename stimuleren, gedeeltelijk door inwerking op receptoren in arcuate NPY neuronen. Aangezien ghreline wordt uitgescheiden door de maag bij uitputting van de inhoud, met een halfwaardetijd van niet meer dan een uur, kan de arcuate kern ook belangrijk zijn bij het voelen van en reageren op acute veranderingen in voedingsstoffen. Wij hebben een systeem ontwikkeld voor het opnemen van arcuate POMC neuronen met behulp van een muis die een transgen bevat waarin de POMC promoter de expressie van het groen fluorescent eiwit (GFP) aanstuurt. In deze muizen brengen 99% van de β-endorfine positieve neuronen GFP tot expressie, waardoor whole cell patch clamp opnames van de dun verspreide POMC neuronen gemakkelijk worden. Alle POMC neuronen blijken te worden geactiveerd door leptine, via twee verschillende mechanismen, terwijl ongeveer 30-50% van de neuronen blijkt te worden geremd door een gamma-melanocyte stimulerend hormoon (MSH) specifieke agonist. Dit laatste resultaat suggereert dat de melanocortin-3 receptor (MC3-R) zou kunnen fungeren als een auto-inhibitoire receptor op sommige POMC neuronen. Dit hypothalamus plakpreparaat bevestigt ook de responsiviteit van arcuate POMC neuronen op een grote verscheidenheid van voedingsstoffen en hormonen. Het arcuate melanocortine systeem kan dus het best beschreven worden als een doorgeefluik van vele verschillende signalen die betrokken zijn bij energie homeostase, waarbij leptine tonisch werkt om de gevoeligheid van het circuit voor een grote verscheidenheid van hormonen en voedingsstoffen te reguleren.