GDFI5, un nou factor secretable regulador del metabolisme. Paper com a

Abstract

L’obesitat s’ha convertit en les últimes dècades en un greu problema per la salut pública arribant a ser una de les principals causes de morbiditat, incapacitació i mortalitat prematura. Un teixit que pot tenir un paper important en la protecció contra l’obesitat és el teixit adipós marró (TAM). El TAM és un dels principals teixits consumidors d’energia en els mamífers. El TAM, descrit primerament en rosegadors i en nounats ha anat guanyant rellevància la última dècada amb el descobriment de la presència d’aquest i la seva activació front a estímuls de fred en humans adults. Recentment, s’ha descrit un paper secretor del TAM. En resposta a l’activació termogènica el TAM allibera factors que actuen de manera autocrina, paracrina o endocrina reforçant aquesta activació. A aquests factors secretats pel TAM se’ls anomena adipoquines marrons o batoquines. Ara fa aproximadament uns 20 anys sis laboratoris van publicar en poc temps la descripció d’un nou factor secretable de la família del TGFβ, anomenat GDF15. GDF15 és coneguda principalment com una citocina de resposta a estrès. La seva expressió augmenta en resposta tant a situacions d’estrès patològic, com gran varietat de malalties, com en situacions d’estrès fisiològiques com ara durant la gestació. Recentment, s’ha descobert un receptor de GDF15 al cervell, GFRAL. S’ha vist que GDF15 actua a nivell central com a factor anorexigènic. Tot i això, altres estudis postulen que GDF15 té altres accions en teixits perifèrics. En aquesta tesi, s’ha identificat el factor GDF15 com una adipoquina marró o batoquina, alliberada pels adipòcits marrons i beix en resposta a l’activació termogènica d’aquestes cèl·lules. S’ha determinat la via adrenèrgica β3 com la responsable de l’augment de l’expressió i secreció de GDF15 en resposta a l’estímul termogènic, i s’han trobat implicades proteïnes d’aquesta via com la PKA i adipoquines marrons prèviament identificades, com FGF21. A més a més, s’ha observat que el GDF15 produït pels adipòcits té afectes en els macròfags residents dins del teixit, reprimint-ne la inflamació. Aquests resultants suggereixen que la secreció de GDF15 per part dels adipòcits marrons pot ser un mecanisme per regular localment l’activitat pro-inflamatòria dels macròfags associada amb una millora de l’activitat del teixit adipós marró. Paral·lelament, s’han realitzat diferents estudis sobre GDF15 en poblacions humanes. S’ha vist com GDF15 augmenta en patologia mitocondrial en nens i s’han determinat els miotubs com les cèl·lules responsables d’aquest augment. També s’han analitzat els nivells circulants de GDF15 durant el desenvolupament postnatal, observant una possible associació entre aquests nivells i el pes dels nounats en el moment del naixement. Per últim, s’ha avaluat la resposta de GDF15 a un exercici intens; s’ha vist un dràstic augment de GDF15 circulant en atletes no professionals en acabar la marató de Barcelona del 2017, que era totalment revertit dos dies després de la realització de la cursa. En més d’un dels estudis s’ha observat un paral·lelisme entre els nivells de GDF15 i els nivells d’FGF21, tot i això sembla ser que aquestes dues proteïnes que sovint augmenten en paral·lel actuen a través de vies totalment independents. En resum, en aquesta tesi hem estudiat la proteïna GDF15 en situacions molt diverses; patològiques i fisiològiques, sistèmiques i locals i en models humans i de ratolí. GDF15 sembla ser una important proteïna reguladora del metabolisme, amb efectes molt diversos en funció de teixit i condició. Regula la termogènesi localment en el teixit adipós, esta implicada en el desenvolupament post-natal actuant a nivell central i respon a situacions d’estrès tant patològiques (patologia mitocondrial) com fisiològiques (exercici). És necessari, però, seguir investigant per tal d’entendre els mecanismes i la importància biològica de GDF15 en cadascuna d’aquestes situacions.

Brown adipose tissue (BAT) is the main site of energy expenditure in mammals, via adaptive thermogenesis. The thermogenic capacity of BAT occurs through the unique expression of the uncoupling protein UCP1 and high oxidative capacity of brown adipocytes. High BAT activity favors a negative energy balance, protecting against obesity. GDF15 (growth and differentiation factor-15) is a member of the TGFβ superfamily and is secreted by the liver, placenta and other organs. Its biological function is unclear, but it has been proposed as a biomarker of various pathological states, such as inflammatory diseases, cardiovascular disease, or obesity. Recently, several studies reported the presence of a specific receptor for GDF15 in the brain, known as GFRAL, which mediates the anorexigenic response to this molecule. In this thesis we were able to analyze this protein in different mouse and human models and in different physiological and pathological conditions. In mice, cold exposure strongly induced GDF15 expression in BAT, norepinephrine and cAMP induced GDF15 expression and release by cells through protein kinase A-mediated mechanisms and the GDF15 released by brown adipocytes targeted macrophages, and down-regulated the expression of pro-inflammatory genes. These results indicated that GDF15 is a novel brown adipokine released by brown adipocytes in response to thermogenic activation. In humans, children with mitochondrial diseases have increased GDF15 levels compared to healthy controls, proposing GDF15 as a biomarker for these diseases. GDF15, as well as FGF21, mRNA expression and protein secretion, were significantly induced after treatment of myotubes with drugs that block the respiratory chain, indicating that myotubes are the responsible cells for GDF15 production in these conditions. In another study, GDF15 levels appeared significantly high at birth and dropped at age 4 months, particularly in infants born with lower weight, and continued to decline progressively in both subgroups reaching adult concentrations by age 24 months. Finally, we assessed the value of GDF15 and FGF21 as biomarkers in relation to the biological response to strenuous exercise. A marked increase in the mean levels of GDF15 and FGF21 was found immediately after a marathon race. These levels returned to basal values 48h post-race.