важливу

  • предметів
  • реферат
  • мета:
  • дизайн:
  • результати:
  • висновок:
  • вступ
  • результат
  • Ідентифікація генів диференційовано регулюється в адаптивному термогенезі
  • Індукційна перевірка Zbtb16 в адаптивному термогенезі
  • Візерунок експресія тканин Zbtb16 у мишей та людей
  • Вираз Zbtb16 під час диференціації коричневих адипоцитів та міоцитів
  • Вираз Zbtb16 активує програму експресії гена коричневих адипоцитів
  • Zbtb16 збільшує дихання мітохондрій та біогенез мітохондрій
  • Zbtb16 збільшує окислення глюкози
  • Експресія Zbtb16 корелює з масою тіла, масою жиру та діабетом у природніх умовах
  • обговорення
  • прирости
  • GenBank/EMBL/DDBJ
  • Додаткова інформація
  • Файли PDF
  • Додаткове зображення S1
  • Додаткове зображення S2
  • Документи Word
  • Додаткова таблиця S1
  • Файли Excel
  • Додаткова таблиця S2

предметів

  • Біоенергетика
  • Генетика хвороб
  • Ожиріння

реферат

Краще розуміння процесів, що впливають на витрати енергії, може забезпечити нові терапевтичні стратегії зменшення ожиріння. Оскільки метаболічна активність коричневої жирової тканини (НДТ) та скелетних м’язів є важливою детермінантою загальних витрат енергії та ожиріння, ми досліджували роль генів, які можуть впливати на клітинну біоенергетику в цих двох тканинах.

дизайн:

Ми досліджували гени, які індукуються в НВТ та скелетних м'язах під час гострого адаптивного термогенезу у мишей, використовуючи мікрочип. Ми використовували мишей C57BL/6J, а також первинні та увічнені коричневі адипоцити та міоцити C2C12 для перевірки даних мікрочипів. Подальша характеристика включала експресію генів, мітохондріальну щільність, дихання клітин та використання субстрату. Ми також використовували гібридну панель миші для різноманітності, щоб оцінити вплив in vivo на ожиріння та вміст жиру в організмі.

результати:

Ми виявили фактор транскрипції Zbtb16 (також відомий як Plzf і Zfp14), який індукується як у НДТ, так і в скелетних м'язах під час гострого адаптивного термогенезу. Надмірна експресія Zbtb16 у коричневих адипоцитах призвела до індукції компонентів термогенної програми, включаючи гени, що беруть участь у окисленні жирних кислот, гліколізі та функції мітохондрій. Підвищена експресія Zbtb16 також збільшила мітохондріальне число, а також дихальну здатність та дисоціацію. Ці ефекти супроводжувались зниженим вмістом тригліцеридів та збільшенням використання вуглеводів у коричневих адипоцитах. Природна мінливість рівнів мРНК Zbtb16 у кількох тканинах у групі із> 100 штамів миші, опосередковано корельована з масою тіла та вмістом жиру в організмі.

висновок:

Наші результати свідчать про те, що Zbtb16 є новим фактором, що визначає використання субстрату в коричневих адипоцитах та ожирінні in vivo .

Зростаюча поширеність ожиріння у всьому світі відображає зміни способу життя, включаючи поєднання збільшення споживання їжі та зниження фізичної активності. 1, 2, 3 Ця комбінація сприяє накопиченню надлишку енергії у вигляді жирової тканини. Оскільки ожиріння розвивається, коли споживання енергії перевищує витрати енергії, збільшення витрат енергії є привабливою стратегією для схуднення та накопичення жиру. Існує значний інтерес до модулюючого термогенезу, особливо до скелетних м’язів та коричневої жирової тканини (BAT), як мішені для лікування ожиріння. 4, 5, 6

Через їх потенціал для розсіювання енергії дуже цікаво виявити гени, що організовують зміни, що відбуваються під час адаптивного термогенезу, та визначити механізми їх дії. Одним із ключових факторів адаптивного термогенезу НДТ є білок-1 відшарування мітохондрій (Ucp1). Ucp1 відповідає за можливість виходу протонів з мітохондрій, що розсіює енергію, що виробляється в результаті окисного метаболізму, і генерує тепло. 17, 18, 19 Попередні систематичні дослідження виявили гени, які індукуються НДТ після впливу холоду на мишей, щурів та білок, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, а нещодавнє дослідження профілювання транскриптомів виявило кілька генів, які індукуються у скелетних м’язах та BAT у мишей. 27

Ми припустили, що розуміння функції генів, що підтримують енергетичні витрати, відкриє нові цілі щодо модуляції енергетичного балансу. Гени, диференційовано виражені в НДТ та скелетних м'язах, можуть мати велике значення, оскільки вони вказують на загальну термогенну реакцію, яка не обмежується специфічним для БАТ відокремленням або струсом головного мозку, характерним для скелетних м'язів. Ми провели транскрипційне профілювання BAT та скелетних м’язів під час гострого впливу холоду на мишах, модель адаптивного термогенезу. Ми виявили гени, які були індуковані як в НДТ, так і в скелетних м’язах після впливу холоду. Одним із помітно регульованих генів є фактор транскрипції Zbtb16, який належить до сімейства POZ/домену та цинкового пальця Крюпель і, як правило, діє як репресор. 28, 29, 30 Тут ми демонструємо, що рівні Zbtb16 впливають на біоенергетику клітин in vitro і опосередковано корелюють із ожирінням in vivo .

результат

Ідентифікація генів диференційовано регулюється в адаптивному термогенезі

Ми протестували стенограми мишей, що зазнали холоду, за допомогою експресії генів мікрочипів для ідентифікації генів, диференційовано експресованих під час термогенезу. У BAT 124 гени були регульовані, а 176 були регульовані принаймні двічі у відповідь на вплив холоду. У скелетних м'язах (квадрицепси) 69 генів були регульовані та 67 регульовані як мінімум двічі у відповідь на вплив холоду. Ми виявили 11 генів, які були змінені під впливом холоду як у НДТ, так і в скелетних м'язах, з яких 5 були скоординовані з регуляцією та 6 з регуляцією вниз (Таблиця 1). Фактор транскрипції Zbtb16 (також відомий як Plzf та Zfp145) продемонстрував сильну індукцію BAT (5,6-кратного) та скелетних м'язів (4,8-кратного). Zbtb16 асоціюється з білою адипогенезою 36, але раніше не брав участі в НВТ або м’язовому метаболізмі. Ми вибрали цей ген для подальшої характеристики його функції.

Стіл в натуральну величину

Перевірка індукції Zbtb16 в адаптивному термогенезі

Ми вперше підтвердили, що експресія Zbtb16 постійно регулюється впливом холоду на рівні мРНК та білка у незалежної групи мишей. Як показано на малюнку 1а, рівні мРНК Zbtb16 зросли в 15 разів у НДТ і в 2,1 рази в м’язах, як було виявлено за допомогою qPCR. Індукцію мРНК Zbtb16 холодом спостерігали через 4 або 8 годин і незалежно від того, чи миші голодували під час впливу холоду (дані не наведені). Вестерн-блот-аналіз підтвердив одночасне підвищення рівня білка ZBTB16 (рис. 1а, вставки внизу). Таким чином, підвищена регуляція Zbtb16 під час адаптивного термогенезу була підтверджена як на рівні транскрипту, так і на рівні білка.

Експресія Zbtb16 в тканинах і клітинних лініях. a ) Валідація збільшення рівня мРНК Zbtb16 в НДТ та скелетних м'язах методом qRT-ПЛР (середнє значення ± sd; n = 4) та імуноблотингом. ( b ) рівні мРНК Zbtb16 та білків у мишей (середнє значення ± sd; n = 3) та мРНК Zbtb16 у тканинах людини (n = 1). c ) Рівні мРНК Zbtb16 у різних скелетних м’язах (середнє значення ± sd; n = 4). ( d ) Рівні мРНК Zbtb16 та рівні білка під час диференціювання коричневих адипоцитів та диференціації C2C12 (середнє значення ± sd, n = 4). Рівні мРНК Ucpl та міогеніну є контролями диференціювання коричневих адипоцитів та клітин C2C12. * P 36, ми виявили нижчий рівень експресії в НТМ миші, ніж у скелетних м’язах. Однак рівні білка ZBTB16, виміряні імуноблотингом у білій жировій тканині та BAT, були подібними до рівнів серцевих та скелетних м’язів (рис. 1b, вставка). У м'язах експресія Zbtb16 була однаковою у м'язах із швидким посмикуванням (extensor digitorum longus і tibialis), повільним посмикуванням (soleus) та змішаним (quadriceps and gastronecmius) (Малюнок 1c), що свідчить про те, що Zbtb16 може функціонувати в різних типах м'язових волокон.

Експресія Zbtb16 під час диференціювання коричневих адипоцитів та міоцитів

Потім ми вивчали функцію Zbtb16 in vitro, використовуючи мишу коричневу клітину адипоцитів 32 і клітинну лінію клітин міоцитів C2C12 миші. Спочатку ми оцінили динаміку експресії Zbtb16 під час диференціювання попередників коричневих адипоцитів на зрілі коричневі адипоцити. Експресія Zbtb16 різко регулювалася в 60 разів під час диференціювання коричневих адипоцитів, тоді як Ucpl демонстрував 30-кратну індукцію (рис. 1г). На відміну від цього, рівні мРНК Zbtb16 не змінювались під час диференціювання міобластів C2C12 у міотрубки, тоді як міогенін, який використовувався як контроль, різко індукувався. Підвищений рівень мРНК у коричневих адипоцитах відображався істотним збільшенням рівня білка ZBTB16 (рис. 1г, внизу вставки). Індукція Zbtb16 під час коричневого адипогенезу узгоджується з роллю цього білка в зрілих коричневих адипоцитах.

Експресія Zbtb16 активує програму експресії гена коричневих адипоцитів

Експресія Zbtb16 посилює дихання мітохондрій. Значення норми споживання кисню (OCR) реєстрували в клітинах, трансдукованих контролем або аденовірусом Zbtb16, до та після послідовного введення олігоміцину та ротенону/міксотіазолу або лише FCCP. Міри виражаються у відсотках від базової лінії. a ) Коричневі клітини адипоцитів. b ) Первинні бурі адипоцити. ( c ) C2C12 міотурки. (середнє значення ± SE; n = 8). ( d ) Відсоток зміни OCR у безсмертних та первинних коричневих адипоцитах та міотрубках C2C12 після ін’єкції FCCP. e ) Відносний вміст мітохондріальної ДНК, виміряний за допомогою qRT-PCR. ( f ) Тест на ліполіз після 10 годин інкубації. Лікування форсколіном є позитивним контролем. g ) Вміст тригліцеридів після 10 годин ліполітичного тесту. * P

Стіл в натуральну величину

Враховуючи зв'язок рівнів мРНК Zbtb16 з масою тіла та вагою жиру, ми також оцінили, чи пов'язані рівні експресії ZBTB16 з вагою жиру у людини. Отримання даних попередньо опублікованих аналізів мікрочипів показало, що у вісцеральній жировій тканині жінок із діабетом, що страждають ожирінням, експресія ZBTB16 була значно нижчою, ніж у звичайних контрольних групах, схильних до віку та організму, порівнянних із стандартами, толерантними до глюкози (значення t-тесту P = 0,0056; Підхід GEO GDS3665). Цей результат вказує на те, що у людини рівні експресії ZBTB16 пов'язані з рівнем глюкози, що свідчить про складний взаємозв'язок між експресією ZBTB16, глюкозою та ожирінням.

обговорення

Іншим аспектом ролі zbtb16 є його функція в метаболізмі глюкози. Експресія Zbtb16 контролює експресію пов'язаних з гліколізом генів (Hexkn2, Pkm2) і здатна збільшити гліколітичну здатність. Відповідно до цієї ролі експресія Zbtb16 збільшує використання вуглеводів in vitro. Утилізація глюкози, як видається, спрямована на окислення мітохондрій, як це спостерігається при зниженні експресії Pdk4 та зниженні рівня ECAR на рівні оксидату Na-оксамату. Загалом, ці результати свідчать про те, що Zbtb16 сприяє окисному метаболізму.