Sophie G. Julien

1 Singapore Institute for Clinical Sciences, Agenția pentru Știință, Tehnologie și Cercetare (A * STAR), Singapore, Republica Singapore

Sun-Yee Kim

1 Singapore Institute for Clinical Sciences, Agenția pentru Știință, Tehnologie și Cercetare (A * STAR), Singapore, Republica Singapore

2 Laboratorul de Medicină Metabolică, Consorțiul Bioimagistică din Singapore, A * STAR, Singapore, Republica Singapore

Reinhard Brunmeir

1 Singapore Institute for Clinical Sciences, Agenția pentru Știință, Tehnologie și Cercetare (A * STAR), Singapore, Republica Singapore

Joanna R. Sinnakannu

1 Institutul pentru Științe Clinice din Singapore, Agenția pentru Știință, Tehnologie și Cercetare (A * STAR), Singapore, Republica Singapore

Xiaojia Ge

1 Institutul pentru Științe Clinice din Singapore, Agenția pentru Știință, Tehnologie și Cercetare (A * STAR), Singapore, Republica Singapore

Hongyu Li

2 Laboratorul de Medicină Metabolică, Consorțiul Bioimagistică din Singapore, A * STAR, Singapore, Republica Singapore

Wei Ma

2 Laboratorul de Medicină Metabolică, Consorțiul Bioimagistică din Singapore, A * STAR, Singapore, Republica Singapore

Jadegoud Yaligar

3 Grup de spectroscopie prin rezonanță magnetică și imagistică metabolică, Consorțiul de Bioimagistică din Singapore, A * STAR, Singapore, Republica Singapore

Bhanu Prakash KN

3 Grup de spectroscopie prin rezonanță magnetică și imagistică metabolică, Consorțiul de Bioimagistică din Singapore, A * STAR, Singapore, Republica Singapore

Sendhil S. Velan

3 Grup de spectroscopie prin rezonanță magnetică și imagistică metabolică, Consorțiul de Bioimagistică din Singapore, A * STAR, Singapore, Republica Singapore

Pia V. Röder

4 Institutul de Biologie Moleculară și Celulară, A * STAR, Singapore, Republica Singapore

Qiongyi Zhang

1 Institutul pentru Științe Clinice din Singapore, Agenția pentru Știință, Tehnologie și Cercetare (A * STAR), Singapore, Republica Singapore

Choon Kiat Sim

1 Institutul pentru Științe Clinice din Singapore, Agenția pentru Știință, Tehnologie și Cercetare (A * STAR), Singapore, Republica Singapore

Jingyi Wu

5 Centrul de Biologie a Celulelor Stem și Medicină Regenerativă, Laboratorul cheie de bioinformatică MOE, Centrul THU-PKU pentru Științe ale Vieții, Școala de Științe ale Vieții, Universitatea Tsinghua, Beijing, China

Marta Garcia-Miralles

6 Laborator translațional în medicină genetică, A * STAR, Singapore, Republica Singapore

Mahmoud A. Pouladi

6 Laborator translațional în medicină genetică, A * STAR, Singapore, Republica Singapore

7 Departamentul de Medicină, Școala de Medicină Yong Loo Lin, Universitatea Națională din Singapore, Singapore, Republica Singapore

Wei Xie

5 Centrul de Biologie a Celulelor Stem și Medicină Regenerativă, Laboratorul cheie MOE de Bioinformatică, Centrul THU-PKU pentru Științe ale Vieții, Școala de Științe ale Vieții, Universitatea Tsinghua, Beijing, China

Craig McFarlane

1 Singapore Institute for Clinical Sciences, Agenția pentru Știință, Tehnologie și Cercetare (A * STAR), Singapore, Republica Singapore

Plângând Han

2 Laboratorul de Medicină Metabolică, Consorțiul Bioimagistică din Singapore, A * STAR, Singapore, Republica Singapore

4 Institutul de Biologie Moleculară și Celulară, A * STAR, Singapore, Republica Singapore

Feng Xu

1 Singapore Institute for Clinical Sciences, Agenția pentru Știință, Tehnologie și Cercetare (A * STAR), Singapore, Republica Singapore

4 Institutul de Biologie Moleculară și Celulară, A * STAR, Singapore, Republica Singapore

Conceptualizare: SGJ FX.

Analiza formală: SGJ SK.

Achiziție de finanțare: SGJ FX.

Investigație: SGJ SK RB JRS XG HL WM JY BPK PVR QZ CKS JW MG.

Metodologie: SSV MAP WX CM WH.

Resurse: MAP WX CM WH.

Software: JW WX.

Supraveghere: WH FX.

Validare: SK.

Scriere - schiță originală: SGJ FX.

Scriere - recenzie și editare: HARTA CM WH.

Date asociate

Toate datele relevante se află în hârtie și în fișierele sale de informații de suport.

Abstract

Rezumatul autorului

Introducere

Obezitatea continuă să se răspândească atât în ​​țările industriale, cât și în țările în curs de dezvoltare, necesitând astfel abordări terapeutice eficiente pentru a preveni această epidemie. În conformitate cu termodinamica, orice tratament pentru obezitate trebuie fie să reducă aportul de energie și/sau să mărească cheltuielile de energie [1-3]. Având în vedere că doar 20% dintre persoanele cu restricții alimentare sunt capabile să mențină pierderea în greutate pe termen lung [4], creșterea cheltuielilor cu energia devine o abordare atractivă pentru combaterea obezității. În acest scop, s-au concentrat mult eforturi pe căutarea unor noi abordări farmacologice care să mărească cheltuielile de energie pentru a reduce adipozitatea și a introduce efecte metabolice benefice la om.

Rezultate

Ncls atenuează DIO la șoareci fără a afecta creșterea

narciclasina

(A) Greutatea corporală totală, (B) masa slabă și (C) masa de grăsime a șoarecilor tratați cu ncls sau vehiculați hrăniți fie cu HFD, fie cu NCD. (D) Imagini reprezentative în secțiune RMN care prezintă distribuția grăsimii viscerale și subcutanate la șoarecii descriși în (A). (E) Analiza cantitativă a volumului țesutului adipos abdominal (visceral și subcutanat) prin RMN. (F) Secțiuni reprezentative WAT epididimale colorate cu hematoxilină și eozină (H&E) de la șoareci descriși în (A). Bara de scalare, 100 μm. (G) Suprafața medie a adipocitelor din secțiunile H&E prezentate în (F). (H) Distribuția în frecvență a dimensiunilor adipocitelor din secțiunile H&E prezentate în (F). * n Fig. 2A). De asemenea, am găsit un conținut semnificativ mai scăzut de trigliceride (TG) la nivelul ficatului, BAT și mușchilor cvadricepieni (Fig. 2B) la șoarecii HFD-ncls comparativ cu șoarecii HFD-veh, indicând un efect benefic al ncls asupra eliminării grăsimilor din aceste organe. Mai mult decât atât, alimentarea cu HFD duce la creșterea nivelului de colesterol, leptină, insulină de post și glucoză în sânge, iar aceste efecte adverse au fost reduse dramatic prin tratamentul cu ncls (Fig. 2C - 2F). În plus, tratamentul ncls a ameliorat ușor intoleranța la glucoză la șoareci HFD (Fig. 2G). O analiză suplimentară a relevat că tratamentul cu ncls a redus semnificativ secreția de insulină stimulată de glucoză (GSIS) la șoarecii HFD (Fig. 2H). În timp ce sensibilitatea la insulină a fost îmbunătățită și de ncls la șoarecii HFD (Fig. 2I). Având în vedere că acumularea de grăsime reprezintă un echilibru net între consumul de energie și aportul caloric, scăderea marcată a adipozității la șoarecii HFD-ncls ne-a determinat să examinăm efectele tratamentului ncls asupra homeostaziei energetice a întregului corp la șoarecii HFD folosind camere metabolice.

Ncls vizează mușchii scheletici pentru a promova expresia genelor marker de fibre cu contracție lentă

(A) Gruparea ierarhică a 1.532 DEG (> de 2 ori) în mușchii ficatului, WAT, BAT și cvadriceps ai șoarecilor NCD-veh, HFD-veh și HFD-ncls. (B) Majoritatea genelor ncls reglate în sus în mușchii cvadriceps ai șoarecilor HFD au fost, de asemenea, extrem de exprimate la șoarecii NCD-veh. (C) Majoritatea genelor ncls reglate în jos în mușchii cvadriceps ai șoarecilor HFD au fost, de asemenea, exprimate la un nivel inferior la șoarecii NCD-veh în comparație cu șoarecii HFD-veh. Procentele de gene suprapuse între genele reglementate în sus și în jos la șoareci HFD-ncls au fost indicate în (B) și (C). Analize ontologice genetice ale genelor suprapuse (D) 150 reglate în sus și (E) 86 reglate în jos în mușchii cvadricepieni. (F) Modele de expresie ale genelor ncls reglate în sus din categoria „proteine ​​musculare” la șoareci NCD-veh, HFD-veh și HFD-ncls. Datele subiacente și metoda de analiză statistică sunt furnizate în S1 Date.

Ncls îmbunătățește metabolismul oxidativ în mușchiul scheletic al șoarecilor HFD

Pentru a valida datele ARN-seq, am folosit reacția în lanț cantitativă cu transcripție inversă a polimerazei (qRT-PCR) pentru a examina expresia genelor semnatare ale fibrelor musculare cu contracție lentă în mușchiul cvadriceps din toate grupurile de șoareci. În special, ncls au reglementat în mod semnificativ o serie de markeri de fibre cu contracție lentă, cum ar fi Myl2, Myh7, Tnni1, Myl3, Tnnt1 și Tnnc1, și au reglementat în jos genele semnatare ale fibrelor cu contracție rapidă, inclusiv Myh1 și Tnni2, în mușchii cvadriceps de la șoarecii HFD (Fig. 5A). Aceste rezultate au sugerat că tratamentul cu ncls a indus o trecere de la fibrele glicolitice cu răsucire rapidă către fibre oxidative cu răsucire lentă în mușchii cvadriceps ai șoarecilor HFD. În ceea ce privește această observație, am investigat efectele ncls asupra funcției musculare. Pentru funcția musculară, am măsurat mai întâi rezistența la prindere a șoarecilor din toate cele patru grupuri. Am constatat că hrănirea cu HFD a dus la scăderea forței musculare scheletice, iar ncls-ul a restabilit parțial forța musculară la șoarecii HFD la nivelul șoarecilor NCD (S6A Fig). Am examinat apoi masa extensorului digitorului lung (EDL), soleului, tibialului anterior (TA), gastrocnemius (Gastr.) Și a mușchilor cvadriceps și nu am găsit nicio diferență în masa musculară individuală între grupurile de șoareci tratate cu ncls și vehiculate ( S6B - S6F Fig).

Excesul de energie este stocat în principal în țesuturile adipoase sub formă de TG; când este necesar, TG-urile sunt mobilizate prin lipoliză pentru a furniza acid gras gratuit (FFA) către mușchiul scheletic. Am arătat că ncls au promovat formarea fibrelor musculare oxidative și, probabil, ar exista o creștere a cererilor de FFA în mușchiul scheletic. Într-adevăr, am observat niveluri similare ridicate de FFA seric (Fig. 5E) și TG (Fig. 5F) la șoareci HFD-ncls comparativ cu șoareci HFD-veh, în ciuda adipozității reduse la acești șoareci. În plus, aceste modificări au fost însoțite de o expresie crescută a enzimei lipolitice cheie, Atgl [40] (cunoscută și sub numele de Pnpla2), atât în ​​WAT cât și în BAT la tratamentul ncls (Fig. 5G). Mai mult, Atgl a fost, de asemenea, indus în mod semnificativ de ncls în mușchii cvadriceps ai șoarecilor HFD (Fig. 5G). Aceste rezultate au fost de acord cu clearance-ul îmbunătățit al grăsimii din aceste țesuturi (Fig. (Fig. 1.1 și 2.A). 2A). Pe scurt, concluzionăm că ncls îmbunătățește metabolismul oxidativ în mușchiul scheletic, iar principala sursă de combustibil este FFA derivată din lipoliză în țesuturile periferice.

Apoi, am întrebat unde a fost cheltuită energia suplimentară produsă din metabolismul oxidativ îmbunătățit la șoarecii HFD-ncls. Un răspuns este că o parte din energie a fost utilizată pentru creșterea activităților fizice (Fig 3G și 3H) la acești șoareci. În plus, am întrebat, de asemenea, dacă șoarecii HFD-ncls au cheltuit mai multă energie pe termogeneza fără frisoane decât șoarecii HFD-veh. În acest sens, am măsurat temperaturile corpului de bază ale tuturor grupurilor de șoareci și, într-adevăr, am constatat că șoarecii HFD-ncls au temperaturi rectale mai ridicate decât șoarecii HFD-veh (Fig. 5H), sugerând o termogeneză îmbunătățită. Mai mult, am detectat niveluri crescute de proteine ​​mARN și UCP2 Ucp2 în mușchiul scheletic de la șoareci HFD-ncls prin qRT-PCR și Western blot (Fig. 5I și 5J). În paralel, am constatat, de asemenea, o creștere a numărului de copii ale ADN-ului mitocondrial, în special la mușchiul scheletic al șoarecilor HFD după tratamentul ncls, indicând o biogeneză mitocondrială îmbunătățită în mușchi, dar nu în BAT, ficat sau WAT (Fig. 5K). Împreună, concluzionăm că aprovizionarea cu energie crescută din metabolismul oxidativ îmbunătățit la șoarecii HFD-ncls a fost utilizată atât pentru activitatea fizică, cât și pentru termogeneza fără frisoane în mușchiul scheletic.

Ncls îmbunătățește respirația mitocondrială și FAO în miotuburile primare murine și umane