Estudi de l’expressió i funció del gen SIRT3 en el teixit adipós marró

Abstract

SIRT3, membre de la família d’histona desacetilases anomenades sirtuïnes, es troba principalment al mitocondri de teixits amb alta capacitat oxidativa com el fetge, el múscul, el cor o teixit adipós marró i s’ha suggerit que podria jugar un paper en el metabolisme energètic. Per tal d’aclarir el seu rol en la termogènesi, es van analitzar les alteracions en ratolins SIRT3 -/- en dues condicions de termogènesi augmentada: la transició fetal-neonatal i l’exposició crònica al fred en ratolins adults, així com es va estudiar l’efecte del dejuni en adults SIRT3 -/- , una situació en la qual la termogènesi es troba inhibida. Es van avaluar els possibles trastorns metabòlics i es va procedir a un anàlisi transcriptòmic de l’expressió de gens marcadors de diverses vies metabòliques en el teixit adipós marró i altres teixits dels ratolins SIRT3 -/-. Els resultats obtinguts indiquen alteracions significatives en el període perinatal com a conseqüència de la manca de SIRT3, però no en l’etapa adulta. Concretament s’observa una expressió alterada de gens específics de la termogènesi (uncoupling protein-1, 5’-deiodinasa, PRDM16) al teixit adipós marró en l’etapa perinatal així com de gens implicats en l’oxidació d’àcids grassos (enoil-CoA, hidratasa/3-hidroxiacil CoA deshidrogenasa, acil-CoA oxidasa) al fetge durant l’etapa perinatal. Aquests resultats posen de manifest el potencial paper de SIRT3 en aquestes vies metabòliques i evidencien l’existència de mecanismes homeostàtics durant el desenvolupament post-natal capaços de compensar l’absència de SIRT3 en l’animal adult. D’altra banda, mitjançant l’ús d’adipòcits SIRT3 -/-, vam determinat que SIRT3 és necessària per una resposta apropiada de les cèl•lules a l’activació noradrenèrgica mediada per AMPc de l’expressió de gens termogènics del teixit adipós marró. El co-activador transcripcional PGC1α (peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α) indueix l’expressió de SIRT3 en adipòcits blancs i fibroblasts embrionaris com a part de la inducció global del patró d’expressió gènica específic del teixit adipós marró. A les cèl•lules sense SIRT3, PGC1α no pot induir completament l’expressió de gens termogènics específics de l’adipòcit marró. PGC1α activa la transcripció del gen SIRT3 a través de la coactivació del receptor nuclear orfe ERRα (estrogen-related receptor-α) el qual s’uneix a la regió proximal del promotor del gen SIRT3. Assajos de pèrdua de funció d’ERRα, indiquen que aquest és necessari per a la completa inducció de la l’expressió del gen SIRT3 en resposta a PGC1α. Aquests resultats indiquen que PGC1α controla l’expressió de SIRT3 i que aquesta acció és un component essencial del mecanisme global a través del qual PGC1α indueix la completa adquisició del fenotip d’adipòcit marró diferenciat.

SIRT3 is a member of the sirtuin family of deacetylases present mainly in mitochondria from tissues such as brown adipose tissue, liver, muscle and heart. To gain insight in the role of SIRT3 in thermogenesis, we determined the alterations in mice with targeted invalidation of the SIRT3 gene (SIRT3-/- mice) in two conditions of enhanced thermogenesis: the fetal-to-neonatal transition and chronic exposure of adult mice to cold, an in fasting of adult mice, a condition of depressed thermogenesis. Assessment of overall metabolic disturbances and a transcritomic analysis of the expression of marker genes of distinct metabolic pathways were performed in brown fat and other tissues from SIRT3-/- mice in these conditions. Results indicated significant alterations in the perinatal period but not in adulthood. Impaired expression of specific genes of thermogenesis in perinatal brown fat, and of genes encoding components of the fatty acid oxidation machinery in perinatal liver were observed in SIRT3-/- mice. Results highlight the potential role of SIRT3 in these pathways and evidence the appearance of homeostatic mechanisms during post-natal development capable to compensate for the absence of SIRT3 in the adulthood. Sirt3 is expressed in association with brown adipocyte differentiation. Using Sirt3-null brown adipocytes, we determined that Sirt3 is required for an appropriate responsiveness of cells to noradrenergic, cAMP-mediated activation of the expression of brown adipose tissue thermogenic genes. The transcriptional coactivator Pgc-1α (peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1 α) induced Sirt3 gene expression in white adipocytes and embryonic fibroblasts as part of its overall induction of a brown adipose tissue-specific pattern of gene expression. In cells lacking Sirt3, Pgc-1α failed to fully induce the expression of brown fat-specific thermogenic genes. Pgc-1α activates Sirt3 gene transcription through coactivation of the orphan nuclear receptor Err (estrogen-related receptor)- α, which bound the proximal Sirt3 gene promoter region. Errα knockdown assays indicated that Errα is required for full induction of Sirt3 gene expression in response to Pgc-1 α. The present study indicates that Pgc-1α controls Sirt3 gene expression and this action is an essential component of the overall mechanisms by which Pgc-1α induces the full acquisition of a brown adipocyte differentiated phenotype.