Estudio de las células sanguíneas como fuente de marcadores transcriptómicos de utilidad para la investigación de la obesidad y sus complicaciones

Abstract

Introducció: La dieta és un determinant fonamental del nostre estat de salut/malaltia, i és un dels principals factors que contribueixen al desenvolupament de l’obesitat. Per això, seria interesant disposar de biomarcadors de fàcil obtenció per determinar com afecta la dieta al nostre metabolisme. Interessen especialment els biomarcadors primerencs d’obesitat, ja que permetrien aplicar estratègies de prevenció abans de que aparegui la malaltia. L’objectiu principal d’aquest projecte de tesi consisteix en analitzar la utilitat d’una fracció de cèl•lules de la sang, les cèl•lules mononuclears de sang perifèrica (PBMC) com a eina en la recerca de biomarcadors per la prevenció o tractament de l’obesitat utilitzant rosegadors com a model experimental. Contingut de la investigació: En primer lloc hem estudiat la capacitat de les PBMC de reflectir les alteracions de la homeòstasi energètica durant el desenvolupament d’obesitat induïda per dieta, analitzant la seva resposta a canvis en les condicions d’alimentació (dejuni i realimentació), així com hem avaluat si les PBMC poden reflectir la pèrdua de pes i la recuperació metabòlica quan es substitueix una dieta obesogénica per una dieta equilibrada i saludable. Els resultats obtinguts mostren que les PBMC son un bon indicador de les adaptacions metabòliques al dejuni i realimentació, així com de la insensibilitat a canvis en les condicions d’alimentació que es dona a animals obesos, des de l’inici del desenvolupament de la malaltia. A més, aquestes cèl•lules poden reflectir la recuperació metabòlica associada a la pèrdua de pes, com la recuperació de la resposta al dejuni a nivell de paràmetres sèrics i d’expressió gènica. Les PBMC d’animals obesos alimentats amb dietes hiperlipídiques reflecteixen també alteracions en l’expressió basal de gens implicats en diferents rutes metabòliques relacionades amb el control del pes corporal i en els processos inflamatoris, proporcionant un perfil obesogènic característic. Per una altre banda hem analitzat si les PBMC poden reflectir l’activació del teixit adipós marró o la marronització del teixit adipós blanc (noves dianes d’interès en el tractament de l’obesitat) en resposta a la ingesta de dietes obesogèniques o com a resultat de l’exposició al fred. Els resultats d’aquest segon objectiu mostren com, tant les dietes obesogèniques com l’exposició al fred indueixen l’expressió de marcadors de adipòcits marrons i d’adipòcits brite en PBMC, reflectint la marronització que es produeix en el teixit adipós blanc. Aquestes cèl•lules sanguínies es perfilen doncs com un material biològic d’interès per analitzar components nutricionals o farmacològics que puguin induir la remodelació del teixit adipós blanc a marró o bé activar el teixit adipós marró augmentant així la capacitat dissipadora d’energia, obrint noves perspectives en el tractament de l’obesitat. Conclusió: Les PBMC son una eina idònia per l’estudi de la homeòstasis energètica, y constitueixen una font biomarcadors primerencs d’obesitat de fàcil obtenció, útils per estudiar el desenvolupament d’estratègies per la prevenció i tractament d’aquesta patologia i les seves complicacions. A més, les PBMC reflecteixen el procés de marronització del teixit adipós induït per diferents estímuls, tals com la ingesta de dietes riques en greixos o bé la exposició al fred. En base a aquests resultats, podem afirmar que les PBMC generen noves possibilitats terapèutiques i proporcionen un material interesant per la identificació de biomarcadors primerencs de malalties que poden resultar d’utilitat a humans.

Introducción: La dieta es un determinante fundamental de nuestro estado de salud/enfermedad, y es uno de los principales factores que contribuyen al desarrollo de la obesidad. Por ello, sería interesante disponer de biomarcadores de fácil obtención para determinar cómo afecta la dieta a nuestro metabolismo. Interesan especialmente los biomarcadores tempranos de obesidad, ya que permitirían aplicar estrategias de prevención antes de que aparezca la enfermedad. El objetivo principal de este proyecto de tesis consiste en analizar la utilidad de una fracción de células de la sangre, las células mononucleares de sangre periférica (PBMC), como herramienta en la búsqueda de biomarcadores para la prevención o tratamiento de la obesidad usando roedores como modelo experimental. Contenido de la investigación: En primer lugar hemos estudiado la capacidad de las PBMC de reflejar las alteraciones de la homeostasis energética durante el desarrollo de obesidad inducida por dieta, analizando su respuesta a cambios en las condiciones de alimentación (ayuno y realimentación), y hemos evaluado si las PBMC pueden reflejar la pérdida de peso y la recuperación metabólica cuando se sustituye una dieta obesogénica por una dieta equilibrada y saludable. Los resultados obtenidos muestran que las PBMC son un buen indicador de las adaptaciones metabólicas al ayuno y realimentación, así como de la insensibilidad a cambios en las condiciones de alimentación que se dan en animales obesos, alimentados con una dieta obesogénica (dieta de cafetería), desde el inicio del desarrollo de esta enfermedad. Además, estas células son capaces de reflejar la recuperación metabólica asociada a la pérdida de peso, como la respuesta al ayuno a nivel de parámetros séricos y de expresión génica. Las PBMC de animales obesos alimentados con dietas hiperlipídicas reflejan también alteraciones en la expresión basal de genes implicados en diferentes rutas metabólicas relacionadas con el control del peso corporal y en los procesos inflamatorios, proporcionando un perfil obesogénico característico. Por otra parte hemos analizado si las PBMC son capaces de reflejar la activación del tejido adiposo marrón o la marronización del tejido adiposo blanco (nuevas dianas de interés en el tratamiento de la obesidad) en respuesta a la ingesta de dietas obesogénicas o como resultado de la exposición al frío. Los resultados de este segundo objetivo muestran como, tanto las dietas obesogénicas como la exposición al frío inducen la expresión de marcadores de adipocitos marrones y de adipocitos brite en PBMC, reflejando la marronización que se produce en el tejido adiposo blanco. Estas células sanguíneas se perfilan pues como un material biológico de interés para analizar componentes nutricionales o farmacológicos que puedan inducir la remodelación del tejido adiposo blanco a marrón o bien activar el tejido adiposo marrón aumentando así la capacidad disipadora de energía, lo cual abre nuevas perspectivas en el tratamiento de la obesidad. Conclusión: Las PBMC son una herramienta idónea para el estudio de la homeostasis energética, y constituyen una fuente fácilmente obtenible de biomarcadores tempranos de obesidad, útiles para estudiar el desarrollo de estrategias para la prevención y tratamiento de esta patología y sus complicaciones. Además las PBMC reflejan el proceso de marronización del tejido adiposo inducido por diferentes estímulos, tales como ingesta de dietas ricas en grasa o bien la exposición al frío. En base a estos resultados, podemos afirmar que las PBMC generan nuevas posibilidades terapéuticas y proporcionan un material interesante para la identificación de biomarcadores tempranos de enfermedad que pueden resultar de utilidad en humanos.

Introduction: Diet is a major determinant of our health/disease status, and it is one of main factors contributing to the development of obesity. Then, it would be interesting to dispose of easily obtainable biomarkers to determine how the diet affects our metabolism. Particularly, early biomarkers of obesity are of special interest, since they would allow implementing prevention strategies before the appearance of the disease. This thesis is focused in the analysis of the utility of a blood cell fraction, the peripheral blood mononuclear cells (PBMC), as a source of obesity biomarkers, used for the prevention or treatment of obesity using rodents as animal model. Research content: First, we have studied the ability of PBMC to reflect energy homeostatic impairment during the development of diet-induced obesity, testing their response to changes in feeding conditions (fasting and re-feeding), as well as testing PBMC capacity to reflect metabolic recovery associated to weight lost in after switching an obesogenic to a control balanced diet. Our results show that PBMC are good indicators of metabolic adaptations to fasting and re-feeding, as well as of fasting insensibility observed in cafeteria-obese animals since early stages of obesity development. Moreover, these cells are able to reflect the metabolic recovery associated to weight loss, as recovery of fasting response of serum parameters and of gene expression. PBMC of animals fed hyperlipidic diets also reflect alteration in basal expression of genes involved in different pathways related to body weight control and in inflammatory processes, providing a characteristic obesogenic gene expression profile. On the other hand, we have analysed the ability of PBMC to reflect brown adipose tissue activation or white adipose tissue browning (new focus of interest in obesity treatment) in response to the intake of obesogenic diets or as a result of cold exposure. The results of this second aim show how the intake of obesogenic diets, as well as cold exposure, can induce the expression of brown/brite adipocyte markers in PBMC, reflecting the browning process that occurs in white adipose tissue. Thus, these blood cells constitute a suitable biological material for the analysis of nutritional or pharmacological compounds that could induce white to brown adipose tissue remodelling or activate brown adipose tissue, increasing in this way energy dissipating capacity, opening new perspectives for obesity treatment. Conclusion: PBMC are a good tool for energy homeostatic studies, and constitute an easily obtainable source of early obesity biomarkers useful to study the development of strategies for the prevention and treatment of obesity and related diseases. Moreover, PBMC reflect the white adipose tissue browning process induced by different stimuli, such as the intake of fat-rich diets or cold exposure. According to these results we can state that PBMC offer new therapeutic possibilities and provide an interesting material to identify early markers of disease, which can be useful in human studies.