Contribuție de C. Ronald Kahn, 9 martie 2006

pentru

Abstract

Obezitatea, în special obezitatea centrală, este o trăsătură ereditară asociată cu un risc ridicat de dezvoltare a diabetului și a tulburărilor metabolice. Analiza combinată a expresiei genice a fracțiilor care conțin adipocite și preadipocite din țesutul adipos intraabdominal și subcutanat al șoarecilor au relevat diferențe coordonate specifice depozitului în expresia mai multor gene implicate în dezvoltarea embrionară și în specificația modelului. Aceste diferențe au fost intrinseci și au persistat în timpul culturii și diferențierii in vitro. Diferențe similare specifice depozitului în expresia genelor de dezvoltare au fost observate în țesutul adipos subcutanat versus visceral uman. Mai mult, la om, mai multe gene au prezentat modificări ale expresiei care s-au corelat îndeaproape cu indicele de masă corporală și/sau raportul talie/șold. Împreună, aceste date sugerează că diferențele de dezvoltare programate genetic în adipocite și precursorii lor în diferite regiuni ale corpului joacă un rol important în obezitate, distribuția grăsimii corporale și diferențele funcționale potențiale între țesutul adipos intern și subcutanat.

Obezitatea este o problemă epidemică de sănătate la nivel mondial care afectează riscul și prognosticul multor boli, inclusiv diabetul, bolile cardiovasculare, hiperlipidemia și cancerul (1). Cu toate acestea, nu toți pacienții obezi prezintă același risc de a dezvolta aceste tulburări. Persoanele cu obezitate periferică, adică grăsimea distribuită subcutanat în regiunea gluteofemorală, prezintă un risc redus sau deloc de complicații medicale obișnuite ale obezității, în timp ce persoanele cu obezitate centrală, adică grăsimea acumulată în depozitele viscerale, sunt predispuse la aceste complicații (2 - 5).

În studiul de față, am explorat ipoteza că tiparele de distribuție a grăsimilor și, probabil, într-o oarecare măsură, obezitatea în sine pot avea o origine genetică de dezvoltare. Într-adevăr, găsim diferențe majore în expresia mai multor gene implicate în dezvoltarea embrionară și specificația modelului între adipocite luate din intraabdominal și s.c. depozite la rozătoare și oameni. De asemenea, demonstrăm diferențe similare în fracțiunea stromovasculară (SVF) care conține preadipocite și că aceste diferențe persistă în cultură. Cel mai important, demonstrăm că unele dintre aceste gene de dezvoltare prezintă modificări ale expresiei care sunt strâns corelate cu nivelul de obezitate și cu modelul de distribuție a grăsimilor.

Rezultate

Expresia genelor Diferențele dintre intraabdominal și s.c. Țesutul adipos al șoarecilor.

Proiectare experimentală. (A) Flank s.c. și țesutul adipos alb intraabdominal (epididimal) au fost prelevate de la bărbați C57BL/6 în vârstă de 6 până la 7 săptămâni. SVF și adipocite au fost izolate după digestia colagenazei a țesuturilor adipoase. Cantități egale de ARN au fost izolate din adipocite izolate și SVF din fiecare depozit de grăsime. Un amestec de hibridizare conținând 15 μg de ARNc biotinilat, ajustat pentru posibilul report de ARN total rezidual, a fost preparat și hibridizat cu cipuri de șoarece Affymetrix U74Av2. (B) Dintre cele 12.488 seturi de sonde prezente pe cipul U74Av2, 8.017 seturi de sonde reprezentând 6.174 sunt adnotate pentru Procesul biologic de ontologie genică. Genele semnificative cu expresie diferențială în ambele depozite au fost identificate prin selectarea genelor care au trecut de două filtre independente de semnificație (P Vizualizați acest tabel:

  • Vizualizați în linie
  • Vizualizați fereastra pop-up

Gene de dezvoltare și modelare care prezintă expresie diferențială în adipocte și SVF ale țesutului adipos

Dintre aceste 12 gene, șapte gene au avut niveluri mai ridicate de expresie în SVF și/sau adipocite epididimale intraabdominale (Nr2f1, Thbd, HoxA5, HoxC8, Gpc4, Hrmt1l2 și Vdr) și cinci gene au avut niveluri mai ridicate de expresie în s.c. SVF și/sau adipocite (Tbx15, Shox2, En1, Sfpr2 și HoxC9). Dintre cele șapte gene din grupul intraabdominal, am decis să ne concentrăm analiza asupra celor mai semnificative cinci gene, inclusiv două gene homeo box, HoxA5 și HoxC8; Nr2f1, subfamilia receptorului nuclear 2 grupul F membru 1, cunoscut și sub numele de COUP-TFI, un membru orfan al superfamiliei receptorului de steroizi despre care se crede că este implicat în organogeneză (29); glypican 4 (Gpc4), un proteoglican heparan sulfat de suprafață celulară implicat în diviziunea celulară și reglarea creșterii (30); și trombomodulină (Thbd), o glicoproteină de suprafață a celulelor endoteliale și placentare (31). De asemenea, am studiat toate cele cinci gene din s.c. grup de gene incluzând gena homeobox HoxC9; homeobox 2 de mică statură (Shox2) un factor de transcripție cu homeodominiu exprimat în timpul dezvoltării embrionare (32); Tbox-15 (Tbx15), un factor de transcripție implicat în dezvoltarea craniofacială și a membrelor la șoarece (33); gravat 1 (En1), omologul șoarecelui unei gene de modelare Drosophila (34); și secretată proteină 2 legată de încrețit (Sfrp2), un modulator solubil de semnalizare Wnt (35).

Confirmarea diferențelor de expresie genetică Interdepot prin PCR cantitativă (qPCR).

Exprimarea HoxA5, Gpc4 și Tbx15 în s.c. iar țesutul adipos visceral la om sunt corelate cu adipozitatea și distribuția grăsimilor. O sută nouăzeci și opt de subiecți (99 bărbați și 99 femele) variind de la slab la obez cu IMC variabil (A) și distribuție de grăsime (WHR) (B) au fost supuși visceral (Vis, bare deschise) și s.c. (SC, bare umplute) biopsii de țesut adipos. Expresia genică a HoxA5, Gpc4 și Tbx15 a fost evaluată în ambele depozite de grăsime prin qPCR așa cum este descris în Materiale și metode. Semnificațiile corelației au fost determinate utilizând software-ul statview fie ca corelații liniare, fie, în cazul corelațiilor neliniare, prin ajustarea exponențială sau cea mai mică a curbei.

La adipoza umană, au existat corelații foarte puternice ale expresiei Gpc4 cu IMC și WHR atât la bărbați, cât și la femei. În acest caz, corelația în cele două depozite a fost în direcții opuse, cu expresia Gpc4 descrescătoare în s.c. țesut adipos cu IMC în creștere (masculi, R = 0,74, P 25) sau obezi (IMC> 30). La fel, în s.c. Expresia țesutului adipos Gpc4 a prezentat o corelație negativă curbiliniară cu niveluri foarte scăzute la bărbați cu WHR> 1,1 și la femele cu WHR> 0,95.

Cele mai profunde corelații cu IMC și WHR au fost observate pentru expresia Tbx15 în țesutul adipos visceral. La fel ca în cazul Gpc4, a existat o relație negativă exponențială puternică cu o scădere marcată a expresiei Tbx15 pe măsură ce IMC a progresat de la niveluri normale la supraponderale sau obeze. Acest lucru a fost adevărat la ambii bărbați (R = 0,706, P 30). Nici un alt parametru legat de obezitate sau de masa grasă, inclusiv leptina serică, adiponectina sau insulina, nu prezintă o schimbare atât de distinctă în acest punct de tranziție. Într-adevăr, dacă separarea fiziologică dintre slab și supraponderal/obez nu ar fi fost definită anterior de criterii epidemiologice, s-ar putea defini populația supraponderală prin nivelul de expresie al acestor gene, sugerând că expresia acestor gene ar putea fi legată de patogeneza obezității.

Distribuția țesutului adipos (WHR) are, de asemenea, o componentă ereditară puternică (12) și s-a demonstrat că se corelează mai bine cu riscul de diabet și ateroscleroză decât IMC (48). Creșterea WHR, adică a obezității viscerale/centrale sau „în formă de măr”, este asociată cu riscuri mai mari de complicații metabolice și cardiovasculare (2-5). Găsim că expresia HoxA5, Gpc4 și Tbx15 variază, de asemenea, în funcție de distribuția grăsimilor și că expresia celor din urmă două este un marker excelent pentru acumularea de grăsime viscerală. Astfel, niveluri ridicate de expresie Tbx15 și Gpc4 în s.c. țesutul adipos și nivelurile scăzute de expresie în țesutul adipos visceral par a fi legate de WHR ridicat și, prin extensie, ar trebui corelate cu riscuri mai mari de complicații metabolice și cardiovasculare.

Deși rolul exact al fiecăreia dintre aceste gene în dezvoltarea și distribuția grăsimilor trebuie explorat, genele Hox, Shox și Tbx sunt importante în modelarea dorsală - ventrală și anterioară - posterioară la multe specii (49-51). Mai mult, expresia embrionară timpurie a Tbx15 în mezenchimul dorsal este complementară cu expresia Agouti în mezenchimul ventral și, astfel, se crede că oferă un indiciu de instruire care ar putea sta la baza diferențelor specifice regiunii în morfologia corpului. De asemenea, la omul cu sindromul Simpson - Golabi - Behmel, glicanul 4 este absent din cauza unei deleții parțiale cromozomiale (52), iar fibroblastele luate de la acești indivizi au o rată mai mare de conversie în adipocite în cultură decât fibroblastele de la indivizi normali (53). ).).

Luate împreună, datele noastre sugerează că genele implicate în dezvoltarea embrionară și specificația modelului la șoareci și oameni joacă roluri potențial importante în dezvoltarea adipocitelor și distribuția grăsimilor. Aceste rezultate sugerează că diferiți precursori adipocitari sunt responsabili pentru o dezvoltare specifică a depozitului adipos într-un mod similar cu schema de diferențiere definită pentru celulele sanguine și alte linii (Fig. 6). Aceste descoperiri deschid o cale de înțelegere a acumulării și distribuției grăsimilor și prezintă ținte terapeutice pentru această tulburare epidemică.

Schema hipotetică a dezvoltării adipocitelor. PPAR, receptor activat de proliferatorul peroxizomului.