- elemeket
- absztrakt
- a cél:
- tervezés:
- az eredmények:
- következtetés:
- bevezetés
- az eredmény
- Az adaptív termogenezisben differenciálisan szabályozott génazonosítás
- Indukciós ellenőrzés Zbtb16 az adaptív termogenezisben
- Minta szöveti expresszió Zbtb16 egerekben és emberekben
- Kifejezés Zbtb16 a barna zsírsejtek és a miociták differenciálódása során
- Kifejezés Zbtb16 aktiválja a barna adipocita génexpressziós programot
- A Zbtb16 fokozza a mitokondriális légzést és a mitokondriális biogenezist
- A Zbtb16 fokozza a glükóz oxidációját
- A Zbtb16 expresszió korrelál a testtömeggel, a zsírtömeggel és a cukorbetegséggel in vivo
- vita
- növekményekkel
- GenBank/EMBL/DDBJ
- További információ
- PDF fájlok
- További kép S1
- További kép S2
- Word dokumentumok
- Kiegészítő S1 táblázat
- Excel fájlok
- Kiegészítő táblázat S2
elemeket
- Bioenergetika
- A betegségek genetikája
- Elhízottság
absztrakt
Az energiafelhasználást befolyásoló folyamatok jobb megértése új terápiás stratégiákat kínálhat az elhízás csökkentésére. Mivel a barna zsírszövet (BAT) és a vázizomzat metabolikus aktivitása fontos meghatározója a teljes energiafelhasználásnak és az adipozitásnak, megvizsgáltuk azon gének szerepét, amelyek befolyásolhatják a sejtek bioenergetikáját ebben a két szövetben.
tervezés:
Mikroszkóppal vizsgáltuk azokat a géneket, amelyek BAT-ban és vázizmokban indukálódnak egerekben az akut adaptív termogenezis során. A mikroarray adatok ellenőrzéséhez C57BL/6J egereket, valamint primer és immortalizált barna adipocitákat és C2C12 miocitákat használtunk. A további jellemzés magában foglalta a génexpressziót, a mitokondriális sűrűséget, a sejtek légzését és a szubsztrát hasznosítását. Hibrid egérpanelt is alkalmaztunk a sokféleség érdekében az elhízásra és a testzsírtartalomra gyakorolt in vivo hatások értékelésére.
az eredmények:
Azonosítottuk a Zbtb16 (más néven Plzf és Zfp14) transzkripciós faktort, amely mind a BAT, mind a vázizomzatban indukálódott az akut adaptív termogenezis során. A Zbtb16 túlexpressziója barna adipocitákban a termogén program komponenseinek indukciójához vezetett, beleértve a zsírsav oxidációjában, glikolízisben és mitokondriális funkcióban részt vevő géneket. A fokozott Zbtb16 expresszió emelte a mitokondriumok számát, valamint a légzési kapacitást és a disszociációt is. Ezeket a hatásokat csökkent trigliceridtartalom és fokozott szénhidrátfelhasználás kísérte a barna zsírsejtekben. A Zbtb16 mRNS szintjének természetes változékonysága több szövetben egy> 100 egér törzsből álló panelen közvetve korrelál a testtömeggel és a test zsírtartalmával.
következtetés:
Eredményeink azt sugallják, hogy a Zbtb16 új meghatározója a barna adipociták szubsztrát-felhasználásának és az in vivo adipozitásának .
Az elhízás világszerte növekvő gyakorisága tükrözi az életmódbeli változásokat, beleértve a fokozott táplálékfelvétel és a csökkent fizikai aktivitás kombinációját. 1, 2, 3 Ez a kombináció hozzájárul az energiafelesleg felhalmozódásához zsírszövet formájában. Mivel az elhízás akkor alakul ki, amikor az energiafogyasztás meghaladja az energiafelhasználást, az energiafelhasználás növelése vonzó stratégia a fogyás és a zsírraktározás szempontjából. Jelentős az érdeklődés a termogenezis modulálása iránt, különösen a vázizom és a barna zsírszövet (BAT) iránt, mint az elhízás kezelésének célpontja. 4, 5, 6
Energiaszóródási potenciáljuk miatt nagyon érdekes meghatározni azokat a géneket, amelyek az adaptív termogenezis során bekövetkező változásokat szervezik, és meghatározni működésük mechanizmusait. Az adaptív BAT termogenezis egyik kulcsfontosságú tényezője a mitokondriális detachációs protein-1 (Ucp1). Az Ucp1 felelős azért, hogy lehetővé tegye a protonok menekülését a mitokondriumokban, amelyek eloszlatják az oxidatív anyagcsere által termelt energiát és hőt termelnek. 17, 18, 19 Korábbi szisztematikus vizsgálatok azonosították azokat a géneket, amelyek BAT-ban indukálódnak hideg expozíció után egerekben, patkányokban és mókusokban (20, 21, 22, 23, 24, 25, 26), és egy nemrégiben készült transzkriptóm profilozási tanulmány számos olyan gént azonosított, amelyek vázizmokban és BAT indukálódnak egerekben. 27.
Feltételeztük, hogy az energiafogyasztást támogató gének működésének megértése új célokat tár fel az energiamérleg modulálásához. A BAT-ban és a vázizomban differenciáltan expresszált géneknek nagy jelentőségük lehet, mivel olyan általános termogén választ jeleznek, amely nem korlátozódik a BAT-specifikus elválasztásra vagy a vázizom-specifikus agyrázkódásokra. A BAT és a vázizom transzkripciós profilját végeztük egerekben az akut hideg expozíció során, az adaptív termogenezis modelljét. Meghatároztuk azokat a géneket, amelyek mind a BAT, mind a vázizomzatban indukálódtak hideg hatásának kitéve. Az egyik markánsan felülszabályozott gén a Zbtb16 transzkripciós faktor, amely a POZ/domén és cinkujj Krüpel családba tartozik, és általában represszorként működik. 28, 29, 30 Itt bemutatjuk, hogy a Zbtb16 szint in vitro befolyásolja a sejtek bioenergetikáját, és közvetett módon korrelál az in vivo adipozitással .
az eredmény
Az adaptív termogenezisben differenciálisan szabályozott génazonosítás
Megvizsgáltuk a hidegnek kitett egerek átiratait mikroaray gén expresszióval, hogy azonosítsuk a termogenezis során differenciáltan expresszált géneket. A BAT-ban 124 gént szabályoztak felül, és 176-ot legalább kétszer alacsonyabban szabályoztak a hideg hatására. A vázizomzatban (quadriceps) 69 gént szabályoztak felül, 67-et pedig legalább kétszer szabályoztak a hideg hatására. 11 gént azonosítottunk, amelyek megváltoztak mind a BAT, mind a vázizom hideg hatásának kitéve, amelyek közül 5 koordinálva volt felfelé, 6 pedig alacsonyabban szabályozva (1. táblázat). A Zbtb16 transzkripciós faktor (más néven Plzf és Zfp145) erős indukciót mutatott a BAT-ban (5,6-szoros) és a vázizomban (4,8-szoros). A Zbtb16 fehér adipogensissel társul 36, de korábban nem vett részt BAT-ban vagy az izomanyagcserében. Ezt a gént választottuk ki, hogy tovább jellemezzük a funkcióját.
Asztal teljes méretben
A Zbtb16 indukció igazolása adaptív termogenezisben
Először megerősítettük, hogy a Zbtb16 expresszióját folyamatosan szabályozza a hidegnek való kitettség mRNS és fehérje szinteken, független egércsoportban. Amint az 1a. Ábra mutatja, a Zbtb16 mRNS szintje 15-szeresére nőtt BAT-ban és 2,1-szeresére az izomban, amint azt a qPCR kimutatta. A Zbtb16 mRNS hideg indukcióját 4 vagy 8 óra elteltével figyelték meg, és függetlenül attól, hogy az egereket éheztették-e hideg hatással vagy sem (az adatokat nem mutatjuk be). A Western blot elemzés megerősítette a ZBTB16 fehérje szintek egyidejű növekedését (1a. Ábra, alsó betétek). Így az adaptív termogenezis során a Zbtb16 uregulációját mind a transzkriptum, mind a fehérje szintjén megerősítették.
A Zbtb16 expressziója szövetekben és sejtvonalakban. a ) A Zbtb16 mRNS növekedésének validálása a BAT-ban és a vázizmokban qRT-PCR-rel (átlag ± sd; n = 4) és immunblottolással. ( b ) a Zbtb16 mRNS és a fehérjék szintje egerekben (átlag ± sd; n = 3) és a Zbtb16 mRNS szintje az emberi (n = 1) szövetekben. c ) A különböző vázizmok Zbtb16 mRNS-szintje (átlag ± sd; n = 4). ( d ) Zbtb16 mRNS szintek és fehérje szintek a barna adipocita differenciálódás és a C2C12 differenciálás során (átlag ± sd, n = 4). Az Ucpl és a miogenin mRNS szintje a barna adipociták és a C2C12 sejtek differenciálódásának kontrollja. * P 36, alacsonyabb expressziós szintet találtunk az egér BAT-nál, mint a vázizmoknál. Azonban a fehér zsírszövetben végzett immunblottolással mért ZBTB16 fehérjeszintek és a BAT hasonlóak voltak a szív és a vázizom szintjéhez (1b. Ábra, inzert). Izomban a Zbtb16 expresszió hasonló volt gyors izomrángásokkal (extensor digitorum longus és tibialis), lassú rángásokkal (soleus) és kevertekkel (quadriceps és gastronecmius) (1c ábra), ami arra utal, hogy a Zbtb16 izomrosttípusok között működhet.
A Zbtb16 expressziója a barna adipociták és a miociták differenciálódása során
Ezután in vitro tanulmányoztuk a Zbtb16 működését az egérbarna 32. adipocita sejtvonal és az egér C2C12 miocita sejtvonal segítségével. Először értékeltük a Zbtb16 expressziójának dinamikáját a barna adipocita prekurzorok érett barna adipocitákká történő differenciálása során. A Zbtb16 expressziója a barna adipocita differenciálódás során 60-szorosára emelkedett, míg az Ucpl 30-szoros indukciót mutatott (1d. Ábra). Ezzel szemben a Zbtb16 mRNS szintje nem változott a C2C12 myoblastok myocsődé történő differenciálódása során, míg a kontrollként használt myogenin drámai módon indukálódott. Az emelkedett mRNS-szinteket a barna adipocitákban a ZBTB16 fehérje szintjének jelentős növekedése tükrözte (1d. Ábra, alsó betétek). A Zbtb16 indukciója barna adipogenezis során összhangban van ennek a fehérjének az érett barna adipocitákban betöltött szerepével.
A Zbtb16 expressziója aktiválja a barna adipocita génexpressziós programot
A Zbtb16 expresszió fokozza a mitokondriális légzést. Az oxigénfogyasztási sebesség (OCR) értékeit kontroll vagy Zbtb16 adenovírussal transzdukált sejtekben rögzítettük az oligomicin és a rotenon/myxothiazol vagy az FCCP szekvenciális injektálása előtt és után. Az intézkedéseket az alapvonal százalékában fejezzük ki. a ) Barna adipocita sejtek. b ) Elsődleges barna zsírsejtek. ( c ) C2C12 myoturky. (átlag ± SE; n = 8). ( d ) Az OCR-változás százalékos aránya az immortalizált és primer barna adipocitákban és a C2C12 myocsőben az FCCP injekció után. e ) QRT-PCR-rel mért relatív mitokondriális DNS-tartalom. ( f ) Lipolízis teszt 10 órás inkubálás után. A Forskolin-kezelés pozitív kontroll. g ) Trigliceridtartalom 10 órás lipolitikus teszt után. * P
Asztal teljes méretben
Figyelembe véve a Zbtb16 mRNS-szinteknek a testtömeggel és a zsírtömeggel való összefüggését, azt is megvizsgáltuk, hogy a ZBTB16 expressziós szintek társulnak-e az emberek zsírtömegével is. A korábban közzétett mikrotömeg-elemzésekből származó adatokból kiderült, hogy az elhízott cukorbeteg nők zsigeri zsírszövetében a ZBTB16 expresszió szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a normális életkor- és testtűrő kontrollokban, összehasonlítva a glükóz-toleráns normákkal (t-teszt P-értéke = 0,0056; GEO megközelítés GDS3665). Ez az eredmény azt jelzi, hogy az embereknél a ZBTB16 expressziós szint társul a glükózszinttel, ami komplex összefüggésre utal a ZBTB16 expresszió, a glükóz és az elhízás között.
vita
A zbtb16 szerepének egy másik aspektusa a glükóz metabolizmusában betöltött szerepe. A Zbtb16 expresszió szabályozza a glikolízissel kapcsolatos gének (Hexkn2, Pkm2) expresszióját, és képes növelni a glikolitikus kapacitást. Ezzel a szereppel összhangban a Zbtb16 expresszió növeli a szénhidrátok in vitro felhasználását. Úgy tűnik, hogy a glükóz felhasználása a mitokondriális oxidációra irányul, amint azt a csökkent Pdk4 expresszió és az alacsonyabb ECAR-szintek Na-oxamate-oxidát szintnél megfigyelik. Összességében ezek az eredmények arra utalnak, hogy a Zbtb16 elősegíti az oxidatív anyagcserét.