- елементи
- абстрактно
- целта:
- дизайн:
- резултатите:
- заключение:
- Въведение
- резултатът
- Идентификацията на гени, диференцирано регулирана в адаптивната термогенеза
- Индукционна проверка Zbtb16 в адаптивна термогенеза
- модел експресия на тъканите Zbtb16 при мишки и хора
- Израз Zbtb16 по време на диференциацията на кафяви адипоцити и миоцити
- Израз Zbtb16 активира програмата за експресия на кафяв адипоцитен ген
- Zbtb16 увеличава митохондриалното дишане и митохондриалната биогенеза
- Zbtb16 увеличава окисляването на глюкозата
- Експресията на Zbtb16 корелира с телесното тегло, мастната маса и диабета in vivo
- дискусия
- стъпки
- GenBank/EMBL/DDBJ
- Допълнителна информация
- PDF файлове
- Допълнително изображение S1
- Допълнително изображение S2
- Word документи
- Допълнителна таблица S1
- Excel файлове
- Допълнителна таблица S2
елементи
- Биоенергетика
- Генетика на болестите
- Затлъстяване
абстрактно
По-доброто разбиране на процесите, засягащи енергийните разходи, може да осигури нови терапевтични стратегии за намаляване на затлъстяването. Тъй като метаболитната активност на кафявата мастна тъкан (НДНТ) и скелетните мускули е важен фактор, определящ общите енергийни разходи и затлъстяване, ние изследвахме ролята на гените, които биха могли да повлияят на клетъчната биоенергетика в тези две тъкани.
дизайн:
Ние изследвахме гени, които се индуцират в НДНТ и скелетните мускули по време на остра адаптивна термогенеза при мишки, използвайки микрочип. Използвахме мишки C57BL/6J, както и първични и обезсмъртени кафяви адипоцити и миоцити C2C12, за да проверим данните от микрочипове. По-нататъшното характеризиране включва генна експресия, митохондриална плътност, клетъчно дишане и използване на субстрата. Също така използвахме хибриден панел на мишката за разнообразие, за да оценим ефектите in vivo върху затлъстяването и съдържанието на телесни мазнини.
резултатите:
Идентифицирахме транскрипционния фактор Zbtb16 (известен също като Plzf и Zfp14) като индуциран както в НДНТ, така и в скелетните мускули по време на остра адаптивна термогенеза. Свръхекспресията на Zbtb16 в кафяви адипоцити е довела до индуциране на компоненти на термогенната програма, включително гени, участващи в окисляването на мастните киселини, гликолизата и митохондриалната функция. Повишената експресия на Zbtb16 също увеличава митохондриалния брой, както и дихателния капацитет и дисоциацията. Тези ефекти са придружени от намалено съдържание на триглицериди и увеличена употреба на въглехидрати в кафявите адипоцити. Естествена вариабилност на нивата на mRNA на Zbtb16 в множество тъкани в панел от> 100 щамове на мишка, индиректно корелирана с телесното тегло и съдържанието на мазнини.
заключение:
Нашите резултати показват, че Zbtb16 е нов определящ фактор за използването на субстрата в кафявите адипоцити и затлъстяването in vivo .
Нарастващото разпространение на затлъстяването в световен мащаб отразява промените в начина на живот, включително комбинация от увеличен прием на храна и намалена физическа активност. 1, 2, 3 Тази комбинация допринася за натрупването на излишък от енергия под формата на мастна тъкан. Тъй като затлъстяването се развива, когато енергийният прием надвишава енергийните разходи, увеличаването на енергийните разходи е привлекателна стратегия за отслабване и съхранение на мазнини. Съществува значителен интерес към модулиране на термогенезата, особено към скелетните мускули и кафявата мастна тъкан (НДНТ), като цел за лечение на затлъстяване. 4, 5, 6
Поради техния потенциал за разсейване на енергията е много интересно да се идентифицират гените, които организират промените, настъпващи по време на адаптивна термогенеза, и да се определят механизмите на тяхното действие. Един от ключовите фактори в адаптивната термогенеза на НДНТ е протеин-1 на откъсване на митохондриите (Ucp1). Ucp1 е отговорен за позволяването на бягството на протони в митохондриите, което разсейва енергията, произведена от окислителния метаболизъм и генерира топлина. 17, 18, 19 Предишни систематични проучвания са идентифицирали гени, които се индуцират в НДНТ след излагане на студ при мишки, плъхове и катерици, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, а скорошно проучване за профилиране на транскриптоми идентифицира няколко гена, които се индуцират в скелетните мускули и НДНТ при мишки. 27
Ние предположихме, че разбирането на функцията на гените, поддържащи енергийните разходи, ще разкрие нови цели за модулиране на енергийния баланс. Гените, диференцирано експресирани в НДНТ и скелетните мускули, могат да бъдат от голямо значение, тъй като те показват общ термогенен отговор, който не се ограничава до специфично за НДНТ разделяне или специфични сътресения на скелетните мускули. Извършихме транскрипционно профилиране на НДНТ и скелетни мускули по време на остро излагане на студ при мишки, модел на адаптивна термогенеза. Идентифицирахме гени, индуцирани както в НДНТ, така и в скелетните мускули след излагане на студ. Един от подчертано регулираните гени е транскрипционният фактор Zbtb16, който принадлежи към семейството на POZ/домейн и цинков пръст Krüpel и обикновено действа като репресор. 28, 29, 30 Тук демонстрираме, че нивата на Zbtb16 влияят на клетъчната биоенергетика in vitro и индиректно корелират със затлъстяването in vivo .
резултатът
Идентификацията на гени, диференцирано регулирана в адаптивната термогенеза
Тествахме транскрипти на студено изложени мишки, използвайки експресия на гени от микрочипове, за да идентифицираме диференцирано експресирани гени по време на термогенезата. При НДНТ 124 гена бяха регулирани нагоре и 176 бяха понижени поне два пъти в отговор на излагане на студ. В скелетната мускулатура (квадрицепс) 69 гена бяха регулирани нагоре и 67 регулирани надолу поне два пъти в отговор на излагане на студ. Идентифицирахме 11 гена, които бяха променени от излагане на студ както в НДНТ, така и в скелетната мускулатура, от които 5 бяха координирани надрегулирани и 6 понижени (Таблица 1). Транскрипционният фактор Zbtb16 (известен също като Plzf и Zfp145) показва силна индукция в НДНТ (5.6 пъти) и скелетните мускули (4.8 пъти). Zbtb16 е свързан с бялата адипогенеза 36, но преди това не е участвал в НДНТ или мускулния метаболизъм. Избрахме този ген, за да характеризираме допълнително неговата функция.
Маса в пълен размер
Проверка на индукцията на Zbtb16 в адаптивна термогенеза
Първо потвърдихме, че експресията на Zbtb16 се регулира постоянно чрез излагане на студ при нива на иРНК и протеини при независима група мишки. Както е показано на Фигура 1а, нивата на иРНК на Zbtb16 са се увеличили 15 пъти в НДНТ и 2,1 пъти в мускулите, както се открива от qPCR. Наблюдавана е студена индукция на Zbtb16 иРНК след 4 или 8 часа и дали мишките са гладували по време на студено излагане (данните не са показани). Western blot анализът потвърждава едновременно повишаване на нивата на протеин ZBTB16 (Фигура 1а, долни вложки). По този начин повишеното регулиране на Zbtb16 по време на адаптивна термогенеза се потвърждава както на нивата на транскрипт, така и на протеин.
Експресия на Zbtb16 в тъкани и клетъчни линии. а ) Валидиране на нарастването на Zbtb16 иРНК в НДНТ и скелетните мускули чрез qRT-PCR (средно ± sd; n = 4) и имуноблотинг. ( б ) нива на Zbtb16 mRNA и протеини при мишки (средно ± sd; n = 3) и Zbtb16 mRNA в човешки (n = 1) тъкани. ° С ) Zbtb16 нива на иРНК в различни скелетни мускули (средно ± sd; n = 4). ( д ) Zbtb16 нива на иРНК и протеинови нива по време на диференциация на кафявите адипоцити и диференциация на C2C12 (средно ± sd, n = 4) Нивата на mRNA на Ucpl и миогенин са контроли за диференциация на кафяви адипоцити и C2C12 клетки. * P 36, установихме по-ниско ниво на експресия при НДНТ при мишки, отколкото при скелетни мускули. Нивата на ZBTB16 протеин, измерени чрез имуноблотинг в бяла мастна тъкан и BAT, са подобни на нивата на сърдечните и скелетните мускули (Фигура 1b, вмъкване). В мускулите експресията на Zbtb16 е сходна при мускулите с бързо потрепване (extensor digitorum longus и tibialis), бавно потрепване (soleus) и смесено (квадрицепс и гастронемиус) (Фигура 1в), което предполага, че Zbtb16 може да функционира при различни видове мускулни влакна.
Експресия на Zbtb16 по време на диференциацията на кафяви адипоцити и миоцити
След това изследвахме функцията на Zbtb16 in vitro, използвайки мишката кафява адипоцитна клетъчна линия 32 и мишката C2C12 миоцитна клетъчна линия. Първо оценихме динамиката на експресията на Zbtb16 по време на диференциацията на кафяви адипоцитни предшественици в зрели кафяви адипоцити. Експресията на Zbtb16 драстично се регулира 60 пъти по време на диференциация на кафявите адипоцити, докато Ucpl показва 30-кратна индукция (Фигура 1d). За разлика от това, нивата на mRNA на Zbtb16 не се променят по време на диференциацията на миобластите C2C12 в миотръби, докато миогенинът, използван като контрола, е драматично индуциран. Повишените нива на иРНК в кафявите адипоцити се отразяват чрез значително увеличаване на нивата на протеин ZBTB16 (Фигура 1г, долни вложки). Индукцията на Zbtb16 по време на кафява адипогенеза е в съответствие с ролята на този протеин в зрелите кафяви адипоцити.
Експресията на Zbtb16 активира програмата за експресия на кафяв адипоцитен ген
Експресията на Zbtb16 увеличава митохондриалното дишане. Стойностите на скоростта на консумация на кислород (OCR) са записани в клетки, трансдуцирани с контрола или Zbtb16 аденовирус преди и след последователно инжектиране на олигомицин и ротенон/миксотиазол или само FCCP. Мерките се изразяват като процент от изходното ниво. а ) Кафяви адипоцитни клетки. б ) Първични кафяви адипоцити. ( ° С ) C2C12 миотурки. (средно ± SE; n = 8). ( д ) Процент промяна на OCR в обезсмъртени и първични кафяви адипоцити и миотръби C2C12 след инжектиране на FCCP. д ) Относително съдържание на митохондриална ДНК, измерено чрез qRT-PCR. ( е ) Тест за липолиза след 10 часа инкубация. Лечението с форсколин е положителен контрол. ж ) Съдържание на триглицериди след 10 часа липолитичен тест. * Р
Маса в пълен размер
Като се има предвид връзката на нивата на mRNA на Zbtb16 с телесното тегло и теглото на мазнините, ние също оценихме дали нивата на експресия на ZBTB16 също са свързани с теглото на мазнините при хората. Получаването на данни от публикувани по-рано анализи на микрочипове разкри, че във висцералната мастна тъкан на жени със затлъстяване, страдащи от диабет, експресията на ZBTB16 е значително по-ниска в сравнение с нормалните контроли, поносими към възрастта и тялото, сравними със стандартите за толерантност към глюкоза (t-тест Р-стойност = 0,0056; GEO подход GDS3665). Този резултат показва, че при хората нивата на експресия на ZBTB16 са свързани с нивата на глюкозата, което предполага сложна връзка между експресията на ZBTB16, глюкозата и затлъстяването.
дискусия
Друг аспект на ролята на zbtb16 е неговата функция в метаболизма на глюкозата. Експресията на Zbtb16 контролира експресията на свързани с гликолиза гени (Hexkn2, Pkm2) и е в състояние да увеличи гликолитичния капацитет. В съответствие с тази роля, експресията на Zbtb16 увеличава in vitro използването на въглехидрати. Изглежда, че използването на глюкоза е насочено към митохондриално окисление, както се наблюдава при намалена експресия на Pdk4 и по-ниски нива на ECAR при нива на Na-оксамат оксидат. Като цяло тези резултати предполагат, че Zbtb16 насърчава окислителния метаболизъм.