Estudis de regulació i funció dels gens d'UCP3 i Pref-1 en teixits adiposos i muscular

Abstract

La proteïna desacoblant mitocondrial UCP3, expressada en teixits metabòlicament molt importants (muscular i adipós marró) i homòloga a la proteïna termogènica UCP1, ha estat motiu de nombrosos estudis en els darrers anys dirigits a determinar la seva funció. Són moltes les dades bioquímiques i cel·lulars obtingudes, però la realitat és que la seva funció fisiològica bàsica en l'organisme no es coneix encara amb claretat. Amb aquest objetiu i mitjançant l'estudi d'expressió gènica en múscul esquelètic i teixits adiposos de ratolí <i>knockout</i> per UCP3 hem observat que: 1. L'absència d'UCP3 per disrupció dirigida del seu gen en aquests ratolins no causa alteracions significatives d'expressió de gens implicats en estrés oxidatiu en múscul esquelètic de ratolins nounats, tot i que en aquest període l'expressió d'UCP3 es veu fortament induïda en el ratolí wild-type. 2. En ratolins adults<i>knockout</i> per a UCP3 en procés d'envelliment no es produeixen alteracions significatives dels paràmetres metabòlics circulants i l'expressió de gens implicats en estrés oxidatiu i metabolisme energètic en múscul esquelètic, teixit adipós marró, teixit adipós blanc i fetge resulta mínimament afectada. L'anàlisi massiu d'expressió gènica en múscul mitjançant microarray de genoma complet, tampoc evidencia alteracions substancials. 3. L'exposició perllongada a una dieta hiperlipídica sense carbohidrats en ratolins en envelliment dóna lloc a un increment de pes corporal sense alteracions destacables a nivell de metabolits circulants. Aquesta dieta provoca un fort increment d'expressió de la proteïna d'UCP3 a múscul esquelètic. 4. La dieta hiperlipídica té efectes diferencials en els ratolins knockout per UCP3, que es manifiesten en un increment específic de còssos cetònics circulants i en alteracions de l'expressió de gens implicats en estrés oxidatiu i metabolisme energètic. Això es produeix especialment en teixit adipós marró i fetge, veient-se en general, incrementada l'expressió de gens del catabolisme lipídic. 5. Malgrat la baixada d'expressió de Pref-1 en teixits adults, aquest gen es mostra sensiblement regulat, induint-se en teixit adipós marró degut a la manca d'UCP3 i en teixit adipós blanc en resposta a la dieta hiperlipídica.<br/>El teixit adipós marró i el teixit adipós blanc tenen un paper oposat al balanç energètic de l'individu. Davant l'evidència de Pref-1 com a controlador negatiu de la diferenciació de l'adipòcit blanc, ens plantejàrem l'estudi de la seva funció biològica en teixit adipós marró així com la seva regulació mitjançant models cel·lulars d'adipòcits marrons en cultiu i models d'animals modificats genèticament. Els nostres resultats indiquen que: 1. L'absència de Pref-1 per disrupció dirigida del gen (ratolins <i>knockout</i> per Pref-1) causa alteracions morfològiques i d'expressió gènica en el teixit adipós marró durant el desenvolupament, consistents en una sobreactivació termogènica del teixit. Això suggereix un potencial papel repressor de Pref-1 en aspectes específics (programa termogènic) de la diferenciació del teixit adipós marró respecte el blanc. No obstant, aquesta alteració sembla no mantenir-se en ratolins adults sota un estímul termogènic. 2. A diferència del teixit adipós blanc, el desenvolupament del teixit adipós marró es dóna en el període fetal, en un context d'elevada expressió del gen Pref-1. 3. En adipòcits marrons, el gen Pref-1 té regulació positiva per C/EBP-beta i sobretot, per C/EBP-delta que actua com a factor de transcripció regulador del promotor gènic de Pref-1. Aquest fet explicaria la potent sobreinducció de Pref-1 en teixit adipós marró de ratolins <i>knockout</i> per C/EBP-alfa, on s'observa sobreexpressió de C/EBP-beta i C/EBP-delta. Aquests resultats indicarien un paper diferencial de C/EBP-delta sobre la diferenciació i expressió gènica de l'adipòcit marró respecte l'adipòcit blanc.

<i>Study of UCP3 and Pref-1 gene regulation in muscular and adipose tissues<br/>Abstract: Mitochondrial uncoupling protein 3 (UCP3) homologous to termogenic UCP1, is mainly expressed in muscular and brown adipose tissues but its physiological function remains unknown. We have carried out gene expression studies in skeletal muscle and adipose tissues of UCP3 knockout mice and we have observed: 1. UCP3 gene deletion in those mice does not impairs oxidative stress related gene expression in skeletal muscle from newborn mice, althought UCP3 gene expression is dramatically induced in wild-type mice during this period. 2. Ageing does not impairs blood parameters neither expression of genes related to oxidative stress and oxidative metabolism in skeletal muscle, brown (BAT) and white (WAT) adipose tissues and liver from knockout mice. Whole genome microarray did not show clear changes in gene expresion. 3. Long term high-fat carbohidrate free diet feeding during agening lead to body weight increase without any change in blood parameters, and a significant increase in UCP3 protein content in skeletal muscle. 4. This diet caused diferential effects on knockout mice: blood ketone bodies increment and impaired expression of genes related to oxidative stress and energetic metabolism. 5. Pref-1 gene is sensitively regulated in adult brown and white fat.<br/>BAT and WAT have and oposite role in energy balance. Since Pref-1 has been described as a negative regulator of white adipocyte differenciation, we have studied its biological function and regulation on brown adipocytes and on BAT. 1. Pref-1 gene disruption (Pref-1 knockout mice) impairs BAT morfology and gene expression during its development, consisting on a thermogenic overactivation. This suggest a specific potential repressor rol for Pref-1 compared to WAT differentiation. Nevertheless, these changes do not persist in adult mice under thermogenic stimulus. 2. Unlike WAT, BAT development take place in foetal period, in presence of a high Pref-1 gene expression. 3. In brown adipocytes, Pref-1 gene is positively regulated by C/EBP-beta and specially by C/EBP-delta transcription factors. This fact can explain Pref-1 strong overinduction in BAT from C/EBP-alpha knockout mice which also displays C/EBP-beta and C/EBP-delta overexpression. These results suggest differential rol for C/EBP-delta in brown adipocyte differentiation and gene expression compared to white adipocyte. </I>