Estudi de la regulació transcripcional del gen de la proteïna desacobladora UCP3

Abstract

El gen <i>UCP3</i> s'expressa majoritàriament al múscul esquelètic i al TAM en rosegadors, i pràcticament de manera exclusiva al múscul esquelètic en humans. El gen s'activa en resposta a diferents estímuls, entre els quals trobem l'àcid retinoic, els àcids grassos no esterificats i les hormones tiroïdals. L'estudi de la regulació de la transcripció del gen <i>UCP3</i> en cèl·lules musculars ens ha permès obtenir informació sobre els mecanismes moleculars responsables de l'expressió d'<i>UCP3</i> al múscul esquelètic i de la modulació d'aquesta expressió deguda als estímuls esmentats. L'estudi de la regulació de l'expressió d'<i>UCP3in vivo</i> ens ha permès establir la importància d'alguns d'aquests mecanismes en un context fisiològic. <br/><br/>D'acord amb l'expressió específica d'<i>UCP3</i> al múscul, el factor de transcripció miogènic MyoD és necessari per l'activitat basal del promotor del gen <i>UCP3</i>. MyoD regula l'expressió del gen humà <i>UCP3</i> a través d'unes seqüències semblants a Ebox properes al lloc d'inici de la transcripció (-29/-9). A més a més, l'activació del promotor del gen humà <i>UCP3</i> per MyoD és necessària per tal que l'àcid retinoic, els àcids grassos o les hormones tiroïdals en modulin l'activitat. <br/><br/>L'àcid retinoic, un conegut activador transcripcional de l'expressió dels gens <i>UCP1</i> i <i>UCP2</i>, activa l'expressió del gen <i>UCP3</i> en cèl·lules musculars diferenciades. La resposta del gen <i>UCP3</i> humà a l'àcid retinoic està mitjançada pels receptors d'àcid retinoic (RAR-RXR) i l'element de resposta a hormones DR1 (AGGTTTCAGGTCA) situat a la regió proximal (-71/-59) del promotor d'<i>UCP3</i>. <br/><br/>Per altra banda, l'activació del gen <i>UCP3</i> pels àcids grassos es dóna a través de PPARalfa o PPARdelta (receptors activats per proliferadors peroxisomals) i de l'element DR1, in vitro i in vivo. En ratolins PPAR-alfa-KO s'ha observat una necessitat diferencial de PPAR-alfa per regular l'expressió del gen <i>UCP3</i>, en funció del teixit (cor o múscul esquelètic) i de l'estadi del desenvolupament (nounats i adults). <br/>A nivell molecular, els processos d'acetilació són importants per l'activació del promotor del gen <i>UCP3</i>. El coactivador p300 és capaç de coactivar la resposta dependent de lligand de PPAR-alfa en el promotor, i l'activitat acetiltransferasa de p300 és necessària per aquesta coactivació. Tant l'estat d'acetilació de les histones com de MyoD són importants per l'activació del promotor del gen <i>UCP3</i>. <br/><br/>Finalment, s'ha observat que les hormones tiroïdals activen l'expressió del gen <i>UCP3</i> humà i de ratolí al múscul esquelètic in vivo i en cèl·lules musculars en cultiu. Les hormones tiroïdals activen el promotor d'<i>UCP3</i> a través dels receptors d'hormones tiroïdals (TR) i la regió del DNA que conté l'element DR1. <br/><br/>Per tant, l'element DR1 present en la regió proximal del promotor del gen <i>UCP3</i> és un element multihormonal que mitjança l'activació del gen <i>UCP3</i> per l'àcid retinoic, les hormones tiroïdals i els àcids grassos. En el futur, seria interessant estudiar la relació que s'estableix entre aquestes vies de senyalització <i>in vivo</i>.

<i>UCP3</i> gene is mainly expressed in skeletal muscle and brown adipose tissue in rodents, and almost exclusively in skeletal muscle in humans. The gene is activated in response to different stimulus, such as retinoic acid, fatty acids and thyroid hormones. In the present study we investigate the molecular mechanisms responsible for <i>UCP3</i> gene expression in skeletal muscle and for the retinoic acid, fatty acids and thyroid hormones-dependent activation. Studying <i>UCP3</i> gene regulation <i>in vivo</i> has allowed to establish the importance of some of these mechanisms in a physiological context. <br/><br/>In agreement with the specific expression of human <i>UCP3</i> in muscle, the myogenic transcription factor MyoD is needed for <i>UCP3</i> promoter basal activity. MyoD regulates the expression of the human <i>UCP3</i> gene through Ebox-like sequences near the initiation transcription site (-29/-9). Moreover, MyoD is necessary for retinoic acid, fatty acid or thyroid hormone-dependent activation of the <i>UCP3</i> promoter. <br/><br/>Retinoic acid, a transcriptional activator of <i>UCP1</i> and <i>UCP2</i> gene expression, activates <i>UCP3</i> gene expression in differentiated skeletal muscle cells. Human <i>UCP3</i> gene response to retinoic acid is mediated by retinoic acid receptors (RAR-RXR) through a hormone response element DR1 (AGGTTTcAGGTCA) located in the proximal region of the promoter (-71/-59). <br/><br/>In addition, <i>UCP3</i> gene activation by fatty acids is achieved by PPAR-alpha or PPAR-delta (peroxisome proliferator activated receptor) through the previously described DR1, <i>in vitro</i> and <i>in vivo</i>. Studies in PPAR-alpha-KO mice has revealed that PPAR-alpha is differentially required for <i>UCP3</i> gene expression, depending on tissues (heart or skeletal muscle) and development stages (newborns and adults).<br/><br/>Finally, thyroid hormones activate human and mouse <i>UCP3</i> gene expression <i>in vivo</i> and <i>in vitro</i>. This activation is mediated by thyroid hormone receptor (TR) through the DNA region that contains the DR1 element, in both human and mouse <i>UCP3</i> promoter. <br/><br/>In conclusion, the DR1 element located in the proximal region of <i>UCP3</i> gene promoter is a multihormonal response element able to mediate retinoic acid, thyroid hormone and fatty acid-dependent activation of <i>UCP3</i> gene. In the future, it should be interesting to study the relationship between these signalling pathways <i>in vivo</i>.