Nous actors moleculars en la fisiologia del teixit adipós i patologies associades

Abstract

El teixit adipós ha passat d’ésser considerat un mer reservori d’energia a un òrgan complex, implicat de forma activa en l’homeòstasi energètica i amb funcions endocrines de rellevància. Les malalties en què hi està involucrat per excés (obesitat) o manca (lipodistròfies) provoquen, coherentment, alteracions metabòliques greus que suposen un risc per a la salut. A nivell de balanç energètic, dos tipus de teixit adipós disposen de funcions diametralment oposades dins l’organisme: El teixit adipós blanc (TAB) té com a objectiu emmagatzemar reserves lipídiques en condicions d’excés de nutrients i mobilitzar-les per a garantir el funcionament dels diversos òrgans, mentre que el teixit adipós marró (TAM) pot dissipar energia en forma de calor per tal de regular la temperatura corporal. Tot i que se n’hi creia absent, el recent descobriment de la presència de TAM i de la capacitat d’inducció del mateix (“browning”) en individus humans adults ha despertat un creixent interès en aquest teixit, donada la potencial aplicació del seu reclutament com a teràpia contra l’obesitat. Les cèl·lules majoritàries del teixit adipós i que realitzen les seves funcions principals són els adipòcits, blancs en el cas del TAB o marrons clàssics i beix/brite en el del TAM. No obstant, aquests estan en estreta comunicació amb altres tipus cel·lulars, especialment amb les cèl·lules del sistema immunitari, les quals produeixen diversos factors bioactius. La producció de mediadors inflamatoris en situacions patològiques i d’estrès altera la biologia dels adipòcits i la secreció de llurs hormones (adipocines), afectant l’organisme a nivell global, mentre que en condicions de salut mediadors antiinflamatoris milloren la funció adipocitària.

A la present tesi doctoral s’analitzà el patró d’expressió gènica als fenòmens de lipomatosi associats a una lipodistròfia d’origen genètic (FPLD2) i a l’associada a la infecció pel virus de la immunodeficiència humana i a la teràpia antiretroviral d’alta activitat (HALS). També s’identifiquen noves proteïnes secretables produïdes preferentment pel TAM respecte al TAB a partir d’aproximacions in silico amb la seva posterior validació funcional in vitro i in vivo.

Els lipomes són insults patofisiològics ocasionals en les lipodistròfies, però estan menys caracteritzats que d’altres de concomitants. En general, presentaren alteracions heterogènies, especialment a nivell de cicle cel·lular i senescència, tant en el cas de l’FPLD2 com en la HALS. En aquesta darrera, la comparació entre els lipomes pertanyents a ubicacions anatòmiques diverses i a la zona dorsocervical va permetre detectar diferències entre tots dos tipus d’insults quant a l’existència d’un fenotip de TAM clàssic aberrant, ZIC1+, als segons, tot posant de manifest la complexitat de les alteracions en la biologia del teixit adipós en aquestes malalties.

Emprant aproximacions bioinformàtiques s’identificaren diverses proteïnes secretades sobreexpressades al TAM, de les quals es procedí a la caracterització d’una en concret. CXCL14 és una quimiocina pleiotròpica amb funcions metabòliques descrites a nivell de TAB, si bé el seu paper al TAM era, fins el moment, desconegut. Com es demostrà, CXCL14 és produïda pels adipòcits marrons i la seva expressió i secreció són induïdes per estímuls simpàtics. Els animals deficients per a aquest gen mostraven alteracions en transcrits de termogènesi, de metabolisme lipídic i d’infiltració immunitària, les quals es traduïen en una disminució de la funció termogènica del TAM. Anàlisis de quimiotaxi i d’expressió gènica revelaren que la CXCL14 produïda pels adipòcits marrons realitza accions de tipus paracrí, actuant sobre macròfags activats alternativament. D’altra banda, l’administració continuada de CXCL14 exògena activà el browning als dipòsits de TAB, quelcom que suggereix accions també endocrines. En conjunt, aquests resultats destaquen el paper de l’adipocina marró CXCL14 en les interaccions teixit adipós-sistema immunitari i en la comunicació intra i intertissular que requereix la coordinació de tota maquinària termogènica.

Adipose tissue was hitherto considered just an energy storage site, but it is currently widely recognized as a dynamic homeostatic organ with relevant endocrine properties. The main function of white adipose tissue (WAT) is to store and release lipids on demand, whereas brown adipose tissue (BAT) dissipates energy as heat. The discovery of thermally-inducible BAT in human adult subjects has revamped research on it since this ability could be harnessed to improve obesity. Adipocytes, white in BAT and classic brown or beige/brite in BAT, are the main functional actors in adipose tissue, but a close cross-talk with other cell types, especially those of the immune system, is present. Accordingly, stress and production of inflammatory cytokines in pathological conditions alters the biology of adipocytes and the secretion of adipose-derived hormones (adipokines), while in healthy adipose tissue immune cell-derived anti-inflammatory cytokines improve adipose functions.

The current doctoral thesis aims to assess alterations in the transcriptional signature of lipomas in lipodystrophies and to identify novel secretable proteins preferentially produced by BAT.

Lipomas are a recurring symptom in lipodystrophies, but they have been poorly characterized to date. In general, lipomas exhibited heterogenic alterations in respect to healthy and lipoatrophic adipose tissue, mostly related to cell cycle control. In the case of HIV-1- and HAART-associated lipodystrophy, a differential expression pattern between dorso-cervical lipomas and those arising at different anatomical sites revealed the existence of a brown-like molecular signature in the former.

Several proteins were identified in silico as potential brown adipokines. Among them, chemokine CXCL14 was considered to be a promising candidate, since validation studies revealed differential expression between WAT and BAT, transcriptional induction in the presence of thermogenic stimuli and release by brown adipocytes. Brown adipocyte-derived CXCL14 was able to blunt proinflammatory, classical macrophage activation and to recruit alternatively activated macrophages, which are known to be involved in BAT activation. Coherently, continuous external administration of CXCL14 increased browning and alternatively activated macrophage abundance of WAT depots, whereas CXCL14 knock-out mice exhibited compromised expression of transcripts related to BAT function and immune infiltration. These results indicate an instrumental role for CXCL14 in coordinating adaptive thermogenesis.