joacă

  • obiecte
  • abstract
  • scopul:
  • proiecta:
  • rezultatele:
  • concluzie:
  • introducere
  • Rezultatul
  • Identificarea genelor reglementată diferențial în termogeneza adaptivă
  • Verificarea inducției Zbtb16 în termogeneza adaptativă
  • Model exprimarea țesutului Zbtb16 la șoareci și oameni
  • Expresie Zbtb16 în timpul diferențierii adipocitelor brune și miocitelor
  • Expresie Zbtb16 activează programul de expresie genică a adipocitelor brune
  • Zbtb16 crește respirația mitocondrială și biogeneza mitocondrială
  • Zbtb16 crește oxidarea glucozei
  • Expresia Zbtb16 se corelează cu greutatea corporală, masa grasă și diabetul in vivo
  • discuţie
  • trepte
  • GenBank/EMBL/DDBJ
  • Informatii suplimentare
  • Fișiere PDF
  • Imagine suplimentară S1
  • Imagine suplimentară S2
  • Documente Word
  • Tabel suplimentar S1
  • Fișiere Excel
  • Tabel suplimentar S2

obiecte

  • Bioenergetica
  • Genetica bolilor
  • Obezitatea

abstract

O mai bună înțelegere a proceselor care afectează cheltuielile de energie ar putea oferi noi strategii terapeutice pentru reducerea obezității. Deoarece activitatea metabolică a țesutului adipos brun (BAT) și a mușchilor scheletici este un factor determinant important al cheltuielilor energetice totale și al adipozității, am investigat rolul genelor care ar putea afecta bioenergetica celulară în aceste două țesuturi.

proiecta:

Am investigat gene care sunt induse în BAT și mușchiul scheletic în timpul termogenezei adaptative acute la șoareci utilizând un microarray. Am folosit șoareci C57BL/6J, precum și adipocite brune primare și imortalizate și miocite C2C12 pentru a verifica datele microarray. O caracterizare suplimentară a inclus expresia genelor, densitatea mitocondrială, respirația celulară și utilizarea substratului. De asemenea, am folosit un panou hibrid de mouse pentru diversitate pentru a evalua efectele in vivo asupra obezității și a conținutului de grăsime corporală.

rezultatele:

Am identificat factorul de transcripție Zbtb16 (cunoscut și sub numele de Plzf și Zfp14) ca indus atât în ​​BAT, cât și în mușchiul scheletic în timpul termogenezei adaptive acute. Supraexprimarea Zbtb16 în adipocitele brune a condus la inducerea componentelor programului termogen, inclusiv gene implicate în oxidarea acizilor grași, glicoliză și funcția mitocondrială. Creșterea expresiei Zbtb16 a crescut, de asemenea, numărul mitocondrial, precum și capacitatea respiratorie și disocierea. Aceste efecte au fost însoțite de un conținut redus de trigliceride și de o utilizare crescută a carbohidraților în adipocitele brune. Variabilitatea naturală a nivelurilor de ARNm de Zbtb16 în mai multe țesuturi într-un panou de> 100 tulpini de șoarece corelate indirect cu greutatea corporală și conținutul de grăsime corporală.

concluzie:

Rezultatele noastre sugerează că Zbtb16 este un nou factor determinant al utilizării substratului în adipocitele brune și adipozitatea in vivo .

Prevalența crescândă a obezității la nivel mondial reflectă modificările stilului de viață, inclusiv o combinație de aport crescut de alimente și scăderea activității fizice. 1, 2, 3 Această combinație contribuie la acumularea excesului de energie sub formă de țesut adipos. Deoarece obezitatea se dezvoltă atunci când aportul de energie depășește cheltuielile de energie, creșterea cheltuielilor de energie este o strategie atractivă pentru a pierde în greutate și a stoca grăsimea. Există un interes considerabil în modularea termogenezei, în special în mușchiul scheletic și țesutul adipos maro (BAT), ca țintă pentru tratamentul obezității. 4, 5, 6

Datorită potențialului lor de împrăștiere a energiei, este foarte interesant să identificăm genele care organizează schimbările care apar în timpul termogenezei adaptative și să determinăm mecanismele acțiunii lor. Unul dintre factorii cheie în termogeneza BAT adaptivă este proteina-1 de detașare mitocondrială (Ucp1). Ucp1 este responsabil pentru permiterea evadării protonilor în mitocondrii, care disipă energia produsă de metabolismul oxidativ și generează căldură. 17, 18, 19 Studiile sistematice anterioare au identificat gene care sunt induse în BAT după expunerea la frig la șoareci, șobolani și veverițe, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 și un studiu recent de profilare a transcriptomului a identificat mai multe gene care sunt induse în mușchiul scheletic și BAT la șoareci. 27

Am emis ipoteza că înțelegerea funcției genelor care susțin cheltuielile de energie ar dezvălui noi obiective pentru modularea echilibrului energetic. Genele exprimate diferențial în BAT și mușchiul scheletic ar putea avea o mare importanță, deoarece indică un răspuns termogen general care nu se limitează la separarea specifică BAT sau la contuzii specifice mușchilor scheletici. Am efectuat profilarea transcripțională a BAT și a mușchiului scheletic în timpul expunerii acute la frig la șoareci, un model de termogeneză adaptivă. Am identificat gene care au fost induse atât în ​​BAT, cât și în mușchii scheletici după expunerea la frig. Una dintre genele puternic reglementate în sus este factorul de transcripție Zbtb16, care aparține familiei POZ/domeniu și degetului de zinc Krüpel și acționează în general ca un represor. 28, 29, 30 Aici demonstrăm că nivelurile de Zbtb16 afectează bioenergetica celulară in vitro și se corelează indirect cu adipozitatea in vivo .

Rezultatul

Identificarea genelor reglementată diferențial în termogeneza adaptivă

Am testat transcrierile șoarecilor expuși la rece folosind expresia genelor microarrays pentru a identifica genele exprimate diferențial în timpul termogenezei. În BAT, 124 de gene au fost reglate în sus și 176 au fost reglate în jos cel puțin de două ori ca răspuns la expunerea la frig. În mușchiul scheletic (cvadriceps), 69 de gene au fost reglate în sus și 67 reglate în jos cel puțin de două ori ca răspuns la expunerea la frig. Am identificat 11 gene care au fost modificate de expunerea la frig atât în ​​BAT, cât și în mușchiul scheletic, dintre care 5 au fost coordonate în reglare ascendentă și 6 reglate în jos (Tabelul 1). Factorul de transcripție Zbtb16 (cunoscut și sub numele de Plzf și Zfp145) a arătat o inducție puternică în BAT (5,6 ori) și mușchiul scheletic (4,8 ori). Zbtb16 este asociat cu adipogensis alb 36, dar nu a fost implicat anterior în BAT sau în metabolismul muscular. Am selectat această genă pentru a-i caracteriza în continuare funcția.

Tabel în dimensiune completă

Verificarea inducției Zbtb16 în termogeneza adaptivă

Am confirmat mai întâi că expresia Zbtb16 este în mod constant reglată de expunerea la frig la niveluri de ARNm și proteine ​​într-un grup independent de șoareci. Așa cum se arată în Figura 1a, nivelurile de ARNm de Zbtb16 au crescut de 15 ori în BAT și de 2,1 ori în mușchi, așa cum a fost detectat de qPCR. Inducerea la rece a ARNm-ului Zbtb16 a fost observată după 4 sau 8 ore și dacă șoarecii au fost sau nu în timpul expunerii la rece (datele nu sunt prezentate). Analiza Western blot a confirmat o creștere concomitentă a nivelurilor de proteine ​​ZBTB16 (Figura 1a, inserții inferioare). Astfel, reglarea în sus a Zbtb16 în timpul termogenezei adaptive a fost confirmată atât la nivel de transcript, cât și la nivel de proteină.

Exprimarea Zbtb16 în țesuturi și linii celulare. A ) Validarea creșterii mARN-ului Zbtb16 în BAT și mușchiul scheletic prin qRT-PCR (medie ± sd; n = 4) și imunoblotare. ( b ) niveluri de ARNm și proteine ​​Zbtb16 la șoareci (medie ± sd; n = 3) și ARNm Zbtb16 în țesuturile umane (n = 1). c ) Niveluri de mARN de Zbtb16 în diferiți mușchi scheletici (medie ± sd; n = 4). ( d ) Nivelurile de ARNm de Zbtb16 și nivelurile de proteine ​​în timpul diferențierii adipocitelor brune și diferențierii C2C12 (medie ± sd, n = 4). Nivelurile de mARN de Ucpl și miogenină sunt controale ale diferențierii adipocitelor brune și a celulelor C2C12. * P 36, am găsit un nivel de expresie mai scăzut în BAT de șoarece decât în ​​mușchiul scheletic. Cu toate acestea, nivelurile de proteină ZBTB16 măsurate prin imunoblotare în țesutul adipos alb și BAT au fost similare nivelurilor musculare cardiace și scheletice (Figura 1b, inserție). La nivelul mușchilor, expresia Zbtb16 a fost similară la mușchii cu zvâcniri rapide (extensor digitorum lung și tibial), zvâcniri lente (soleus) și mixte (cvadriceps și gastronecmius) (Figura 1c), sugerând că Zbtb16 poate funcționa între tipurile de fibre musculare.

Exprimarea Zbtb16 în timpul diferențierii adipocitelor brune și miocitelor

Am studiat apoi funcția Zbtb16 in vitro folosind linia celulară 32 de adipocite maro de șoarece și linia celulară de miocite C2C12 de șoarece. Am evaluat mai întâi dinamica expresiei Zbtb16 în timpul diferențierii precursorilor adipocitelor brune în adipocite maroni mature. Expresia Zbtb16 a fost reglată în mod dramatic de 60 de ori în timpul diferențierii adipocitelor brune, în timp ce Ucpl a arătat o inducție de 30 de ori (Figura 1d). În schimb, nivelurile de ARNm Zbtb16 nu s-au modificat în timpul diferențierii mioblastelor C2C12 în miotuburi, în timp ce miogenina, utilizată ca martor, a fost indusă dramatic. Nivelurile crescute de ARNm în adipocitele brune au fost reflectate de o creștere substanțială a nivelurilor de proteine ​​ZBTB16 (Figura 1d, inserții de fund). Inducerea Zbtb16 în timpul adipogenezei brune este în concordanță cu rolul acestei proteine ​​în adipocitele brune mature.

Exprimarea Zbtb16 activează programul de exprimare a genei adipocitelor maronii

Expresia Zbtb16 crește respirația mitocondrială. Valorile ratei consumului de oxigen (OCR) au fost înregistrate în celulele transduse cu control sau adenovirus Zbtb16 înainte și după injecția secvențială de oligomicină și rotenonă/mixotiazol sau FCCP singur. Măsurile sunt exprimate ca procent din linia de bază. A ) Celule adipocitare maronii. b ) Adipocite brune primare. ( c ) C2C12 mioturky. (medie ± SE; n = 8). ( d ) Procent de modificare OCR în adipocite maro imortalizate și primare și miotuburi C2C12 după injecția FCCP. e ) Conținutul relativ de ADN mitocondrial măsurat prin qRT-PCR. ( f ) Test de lipoliză după 10 ore de incubație. Tratamentul cu forskolin este un control pozitiv. g ) Conținutul de trigliceride după 10 ore de test lipolitic. * P

Tabel în dimensiune completă

Având în vedere asocierea nivelurilor de ARNm Zbtb16 cu greutatea corporală și greutatea grăsimii, am evaluat, de asemenea, dacă nivelurile de expresie ale ZBTB16 sunt, de asemenea, asociate cu greutatea grăsimilor la om. Obținerea datelor din analizele de microarrays publicate anterior a arătat că în țesutul adipos visceral al femeilor diabetice obeze, expresia ZBTB16 a fost semnificativ mai mică decât în ​​controalele normale tolerante la vârstă și corp comparabile cu standardele tolerante la glucoză (testul t-valoarea P = 0,0056; Abordarea GEO GDS3665). Acest rezultat indică faptul că la om, nivelurile de expresie ale ZBTB16 sunt asociate cu nivelurile de glucoză, sugerând o relație complexă între expresia ZBTB16, glucoza și obezitatea.

discuţie

Un alt aspect al rolului zbtb16 este funcția sa în metabolismul glucozei. Expresia Zbtb16 controlează expresia genelor legate de glicoliză (Hexkn2, Pkm2) și este capabilă să mărească capacitatea glicolitică. În concordanță cu acest rol, expresia Zbtb16 crește utilizarea in vitro a carbohidraților. Utilizarea glucozei pare a fi direcționată către oxidarea mitocondrială, așa cum se observă prin scăderea expresiei Pdk4 și niveluri mai scăzute ale ECAR la nivelurile de oxid de Na-oxamat. În general, aceste rezultate sugerează că Zbtb16 promovează metabolismul oxidativ.