DOMNIȘOARĂ. și Q.A.W. a contribuit în mod egal la această lucrare.

celulară

Abstract

Introducere

În ultimii 10 ani, adipocitele bej au făcut obiectul unei concentrări intense în domeniul metabolismului energetic. Important, oamenii adulți găzduiesc BAT funcționale, care constă, probabil, atât din adipocite maro clasice, cât și din adipocite bej (14-16). După cum este descris în mai multe recenzii recente, studiile pe rozătoare evidențiază contribuția semnificativă a adipocitelor bej la echilibrul energetic și la homeostazia nutrienților (17,18). S-a observat în mod repetat că tulpinile de șoareci care sunt capabili să crească aceste celule UCP1-pozitive sunt adesea relativ rezistente la obezitatea indusă de dietă (6,19,20). Capacitatea de a induce „rumenirea” WAT la rozătoare este protectoare împotriva obezității și poate declanșa pierderea în greutate atunci când este activată la șoarecii obezi (21,22). Interesant este faptul că multe dintre efectele benefice ale adipocitelor bej asupra homeostaziei glucozei și lipidelor pot fi observate înainte de modificările greutății corporale. Unele dintre aceste efecte ar putea fi mediate de funcții independente de termogeneză în sine (de exemplu, proteine ​​secretate) (18).

Celulele bej pot proveni din adipocite uniloculare diferențiate

Studii independente de trasare a genealogiei de la Wolfrum și colegi au arătat o perspectivă considerabilă asupra soartei celulare a adipocitelor bej, odată ce animalele sunt reintroduse în condiții regulate de adăpostire după expunerea la frig. Rosenwald și colab. a urmărit linia UCP1 folosind animale UCP1-CreERT2 (30). Cu modelul lor, autorii au reușit să hărțească soarta adipocitelor UCP1 + pe măsură ce animalele au trecut de la temperaturi scăzute la condițiile de adăpostire la temperatura camerei. Au descoperit că adipocitele bej au capacitatea de a reveni la un fenotip aparent de adipocit alb; celulele pierd expresia UCP1 și devin uniloculare. Aceleași adipocite pot reveni la celulele UCP1 + după expunerea repetată la frig. În ansamblu, aceste date implică faptul că adipocitele albe și bej posedă o plasticitate fenotipică semnificativă, cu capacitatea de a se converti între stările celulare distincte ca răspuns la provocarea fiziologică.

O serie de studii au arătat acum informații despre mecanismele care facilitează „albirea” adipocitelor maro/bej, pe măsură ce stimulii termogeni sunt retrași. Altshuler-Keylin și colab. (31) a demonstrat că tranziția bej-alb este legată de o eliminare a mitocondriilor dependentă de autofagie. In vitro, acest lucru are loc fără a trece printr-un stadiu precursor definitiv. Un studiu mai recent realizat de Roh și colab. (32) au explorat rumenirea și albirea țesutului adipos subcutanat, cu accent pe schimbarea peisajului epigenomic în adipocitele mature. Pe măsură ce celulele bej trec de la temperaturi reci la temperaturi calde, peisajul global al modificărilor cromatinei se schimbă într-un model compatibil cu un comutator al destinului celulei alb-bej. Cu toate acestea, adipocitele albe de culoare albă păstrează potențatori „gata” care permit reactivarea genelor termogene la expunerea repetată la frig. Această plasticitate epigenomică a adipocitelor brune nu este ușor de văzut, cel puțin în perioada examinată. Adipocitele maronii păstrează în mare măsură profilul epigenetic al adipocitelor „maronii” chiar dacă suferă o „albire” morfologică la temperaturi calde. Aceste rezultate oferă o perspectivă unică asupra plasticității celulare a adipocitelor albe și bej și definesc în continuare diferențele dintre celulele grase maro și bej.

Lucrările noastre despre factorul de transcripție ZFP423 ne oferă, de asemenea, o perspectivă asupra plasticității adipocitelor mature (22,33). Expresia Zfp423 este îmbogățită în adipocite albe versus maro și este suprimată în celulele adipoase la expunerea la rece sau la activarea directă a semnalizării β3-adrenergice (22). Roh și colab. (32) au constatat că nivelurile de Zfp423 sunt activate în celulele bej care trec înapoi la un fenotip asemănător cu cel alb. Depleția genetică inductibilă a Zfp423 la adipocitele mature duce la o interconversie robustă de la alb la bej a aproape tuturor adipocitelor diferențiate din depozitele WAT inghinale subcutanate și a numeroaselor adipocite viscerale rezistente în mod normal la rumenire. Urmărirea liniei de impulsuri-urmărire a adipocitelor cu deficit de Zfp423 relevă în mod clar că adipocitele uniloculare mature trec la un fenotip adipocitar bej multilocular atunci când Zfp423 este eliminat. Luate împreună, aceste studii menționate anterior oferă dovezi convingătoare că adipocitele bej pot proveni într-adevăr din adipocitele uniloculare mature.

Celulele bej pot apărea prin diferențierea adipocitelor De Novo față de precursori

În mai multe studii, grupurile noastre au folosit în mod independent modelul „AdipoChaser” într-un experiment de urmărire a descendenței pulsului-urmărire pentru a investiga originea adipocitelor bej induse de expunerea la frig/semnalizarea adrenergică (22,34,35). Modelul AdipoChaser permite activarea genei reporter mediată de Cre tetraciclină (doxiciclină) inductibilă în celulele care exprimă gena adiponectinei. Similar sistemelor de urmărire a liniei inductibile cu tamoxifen discutate mai sus, acest sistem poate marca adipocitele mature și le poate urmări soarta în timp (Fig. 1). Folosind acest sistem, am observat că celulele UCP1 + apar rapid și apar atât prin adipogeneza bej de novo, cât și din adipocite mature existente la stimularea cu un agonist al receptorului β3-adrenergic sau expunerea la rece (22,34,35). Grupurile noastre au făcut această observație în mod independent și consecvent; cu toate acestea, gradul exact de adipogeneză de novo care poate apărea poate varia, în funcție de raportorul exact Rosa26 angajat (reporter LacZ sau mT/mG).

Modul favorizat de recrutare a celulelor bej depinde de istoria expunerii anterioare la rece și a stimulului termogenic exact

În majoritatea studiilor de urmărire a genealogiei menționate anterior, animalele se nasc și cresc în condiții de adăpostire la „temperatura camerei” înainte de provocarea la rece. O temperatură de 22 ° C reprezintă un stres ușor la rece pentru rozătoare, în special în perioada postnatală timpurie. De fapt, Xue și colab. (7) a descris anterior o creștere tranzitorie a adipocitelor bej în depozitul retroperitoneal de șoareci de aproximativ 10 zile după naștere. Aceste celule au dispărut după vârstă de înțărcare și apar din nou ca răspuns la frig. Ca atare, am argumentat că astfel de condiții de locuință, în special în perioada postnatală timpurie, ar putea influența modul observat de recrutare a celulelor bej și rezultatele trasării liniei.

Rezultatele sunt izbitor de diferite atunci când animalele se nasc și cresc în condiții de adăpostire termoneutrală (30 ° C). Șapte zile de tratament cu expunere la 6 ° C conduc la o rumenire largă a depozitelor WAT inghinale ale șoarecilor AdipoChaser care s-au născut și au crescut la 30 ° C (Fig. 3A și B); cu toate acestea, după expunerea la frig, mai mult de 80% din celulele multiloculare sunt nemarcate (GFP -) (Fig. 3C) și, prin urmare, reprezintă adipocite bej care apar prin diferențiere de novo. Aceste date sugerează că la primul stres semnificativ la rece experimentat în viață, adipocitele bej (celule UCP1 + multiloculare) apar predominant prin adipogeneza bej de novo (Fig. 3D). Interesant este faptul că condițiile de locuință nu au avut un impact semnificativ asupra modului de recrutare a celulelor bej activat de către agonistul direct al receptorilor β3-adrenergici. După 7 zile de tratament zilnic cu CL316.243 la 30 ° C, se observă de asemenea o rumenire largă; cu toate acestea, aproape 70% din celulele multiloculare sunt marcate (GFP +) (Fig. 3C). Aceste date evidențiază diferențele potențiale în recrutarea celulelor bej în urma stimulilor fiziologici versus farmacologici.

Adipocitele bej dobândesc morfologie uniloculară asemănătoare adipocitelor albe după adaptarea caldă. R: Șoarecii AdipoChaser născuți și crescuți la termoneutralitate (TN) au fost hrăniți cu o dietă standard de chow până la vârsta de 8 săptămâni înainte de a fi trecuți la o dietă cu doxiciclină (Dox) care conține chow (600 mg/kg) timp de 10 zile („Pulse”). După perioada de etichetare a pulsului, șoarecii au fost trecuți înapoi la dieta standard chow timp de 3 zile. Șoarecii au fost apoi transferați la adaptarea la temperatura camerei (RT) timp de 7 zile înainte de 7 zile de expunere la frig (6 ° C). După expunerea la rece, șoarecii au fost menținuți la termoneutralitate timp de încă 4 săptămâni pentru a induce „albirea” țesutului adipos. B: Imagine reprezentativă de 4 × câmp luminos a expresiei UCP1 în secțiuni WAT inghinale de la șoareci după expunerea finală la termoneutralitate. IHC, imunohistochimie. C: Imagine reprezentativă 63 × a secțiunilor WAT inghinale colorate cu anticorpi anti-GFP (verde) și anti-PERILIPIN (roșu) și contracolorate cu DAPI (albastru [nuclei]) la momentele indicate. D: Rezumatul rezultatelor: adipocitele bej capătă morfologie uniloculară asemănătoare adipocitelor albe după adaptarea la cald.

Acum pare sigur că WAT adult adăpostește celule precursoare cu capacitatea de a suferi diferențierea adipocitelor bej; cu toate acestea, identitatea exactă a acestor celule rămâne incertă, iar markerii suprafeței celulare pentru a identifica selectiv aceste celule au rămas neidentificate. Analizele clonale ale liniilor de celule stromale derivate din adipoză cultivate sugerează că precursorii bej comise există în WAT adult și sunt distincte de precursorii adipocitelor albe (13,16,46). Rămâne neclar dacă precursorii adipocitelor de culoare bej și alb diferiți funcțional se mențin la WAT ​​adult nativ. Alternativ, WAT nativ poate adăposti precursori bipotenți al căror angajament față de linia de adipocite bej este dictat de semnale asociate cu expunerea la frig. Secvențierea cu o singură celulă a arătat recent o perspectivă asupra eterogenității moleculare a celulelor stromatale WAT (47-49). Analizele suplimentare de secvențiere cu o singură celulă înainte/după expunerea la frig vor clarifica probabil aceste probleme.

Până în prezent, o mare parte a lucrărilor asupra adipocitelor bej s-au concentrat pe apariția și activitatea lor în WAT inghinal subcutanat al rozătoarelor. Recent, grupurile noastre au obținut un atlas de țesut adipos de depozite de grăsime bej și maro la șoareci (50). Adipocitele bej apar în depozite multiple WAT, dar nu toate, ca răspuns la expunerea la frig. Rămâne neclar dacă există diferențe semnificative specifice depozitelor în adipocitele bej/maro și originea lor. Mai mult, o serie de studii sugerează acum că adipocitele termogene și/sau precursorii lor pot fi chiar eterogeni în depozite unice (23,51,52). Similar cu adipocitele albe, adipocitele bej pot fi destul de eterogene în ceea ce privește proprietățile lor funcționale și originea dezvoltării.

În ultimii 10 ani, studiile de tomografie cu emisie de pozitroni/tomografie computerizată au arătat clar că oamenii adulți au grăsimi brune active care pot influența diferite aspecte ale homeostaziei nutrienților (53,54). Ca rezultat, a existat o emoție extraordinară față de perspectiva că activarea grăsimii brune umane ar putea fi o strategie eficientă de creștere a cheltuielilor de energie. O preocupare este că masa absolută a grăsimii brune existente la adulții obezi poate fi limitată. Studiile de urmărire a genealogiei și diferite modele genetice de rozătoare evidențiază plasticitatea funcțională remarcabilă a WAT. Capacitatea WAT ​​umană de a suferi o rumenire este susținută și de studii asupra victimelor traumatismelor arse și ale pacienților cu feocromocitom (55,56). Astfel, există posibilitatea ca fondul de țesut adipos maro/bej să poată fi extins prin „deblocarea” potențialului termogen al adiposului alb (57). În viitor, o mai bună înțelegere a originilor celulare distincte ale adipocitelor bej care apar ca răspuns atât la stimuli fiziologici cât și farmacologici poate informa mai bine strategiile de recrutare a adipocitelor bej in vivo.

Informații despre articol

Mulțumiri. Autorii sunt recunoscători membrilor Centrului pentru Diabet Touchstone pentru discuții utile.

Finanțarea. Acest studiu a fost susținut de premiul postdoctoral American Heart Association 16POST26420136 și Career Development Award 19CDA34670007 de la American Heart Association și Harry S. Moss Heart Trust către MS; Institutul Național de Diabet și Boli Digestive și Renale, National Institutes of Health, acordă K01-DK107788 și R03-HD095414 către QAW, DK-104789 către RKG și R01-DK55758, R01-DK099110, P01-DK088761 și P01-AG0 PES Q.A.W. a fost, de asemenea, sprijinit de City of Hope Shared Resources Pilot Award, Caltech - City of Hope Initiative Award și American Diabetes Association Junior Faculty Development Award 1-19-JDF-023. P.E.S. a fost, de asemenea, susținut de un grant nerestricționat de cercetare de la Fundația Novo Nordisk. R.K.G. a fost, de asemenea, sprijinit de American Heart Association Grant-in-Aid Award 16GRNT30790006.

Dualitatea interesului. Nu au fost raportate potențiale conflicte de interese relevante pentru acest articol.

Contribuțiile autorului. M.S., Q.A.W., P.E.S. și R.K.G. a conceput studiul și a conceput experimente. M.S., Q.A.W., A.S., L.V. și N.C.B. a efectuat experimente. M.S., Q.A.W., A.S., L.V., N.C.B., P.E.S. și R.K.G. date analizate. M.S., Q.A.W., P.E.S. și R.K.G. a scris manuscrisul. P.E.S. și R.K.G. sunt garanții acestei lucrări și, ca atare, au avut acces deplin la toate datele din studiu și își asumă responsabilitatea pentru integritatea datelor și acuratețea analizei datelor.

Disponibilitatea datelor și a resurselor. Toate datele primare și modelele animale utilizate în studiu sunt disponibile investigatorilor la cererea rezonabilă.