Переглянуто клітинне походження бежевих жирових клітин

РС. та Q.A.W. внесли однаковий внесок у цю роботу.

клітинне

Анотація

Вступ

Протягом останніх 10 років бежеві адипоцити були предметом великої уваги в області енергетичного обміну. Важливо, що дорослі люди містять функціональну НДТ, яка, ймовірно, складається як з класичних коричневих адипоцитів, так і з бежевих адипоцитів (14–16). Як описано в кількох останніх оглядах, дослідження гризунів підкреслюють значний внесок бежевих адипоцитів в енергетичний баланс та поживний гомеостаз (17, 18). Неодноразово спостерігали, що штами мишей, здатні збільшувати ці UCP1-позитивні клітини, часто також відносно стійкі до ожиріння, спричиненого дієтою (6,19,20). Здатність викликати “зарум’янення” ВАТ у гризунів захищає від ожиріння і може спричинити зниження ваги при активації у мишей із ожирінням (21,22). Цікаво, що багато корисних впливів бежевих адипоцитів на гомеостаз глюкози та ліпідів можна спостерігати до зміни маси тіла. Деякі з цих ефектів можуть бути опосередковані функціями, незалежними від термогенезу як такі (наприклад, секретуються білки) (18).

Бежеві клітини можуть виникати з диференційованих одноочних адипоцитів

Незалежні дослідження відслідковування ліній від Wolfrum та його колег дають значне уявлення про клітинну долю бежевих адипоцитів, як тільки тварини знову вводяться в звичайні умови утримання після холодного впливу. Розенвальд та ін. відстежували лінію UCP1 за допомогою тварин UCP1-CreERT2 (30). За допомогою своєї моделі автори змогли відобразити долю адипоцитів UCP1 + як тварин, які переходили від низьких температур до умов утримання кімнатної температури. Вони виявили, що бежеві адипоцити здатні повертатися до явного білого фенотипу адипоцитів; клітини втрачають експресію UCP1 і стають однокулярними. Потім ці самі адипоцити можуть повернутися до клітин UCP1 + при повторному впливі холоду. Всі ці дані свідчать про те, що білі та бежеві адипоцити мають значну фенотипову пластичність, здатність взаємоперетворюватися між різними станами клітин у відповідь на фізіологічну проблему.

Ряд досліджень проливає уявлення про механізми, що сприяють "відбілюванню" коричневих/бежевих адипоцитів, оскільки термогенні подразники відміняються. Альтшулер-Кейлін та ін. (31) продемонстрували, що перехід від бежевого до білого пов’язаний із залежним від аутофагії кліренсом мітохондрій. In vitro це відбувається без проходження остаточної стадії попередника. Більш пізнє дослідження Roh et al. (32) дослідив побуріння та відбілювання підшкірної жирової тканини з акцентом на зміну епігеномного ландшафту в межах зрілих адипоцитів. У міру переходу бежевих клітин між холодною та теплою температурою, глобальний ландшафт модифікацій хроматину змінюється в схемі, що відповідає біло-бежевій долі. Однак у відбілених бежевих адипоцитах зберігаються "врівноважені" підсилювачі, які дозволяють термогенним генам реактивуватися при багаторазовому впливі холоду. Ця епігеномна пластичність коричневих адипоцитів не є очевидною, принаймні протягом досліджуваного періоду. Коричневі адипоцити здебільшого зберігають епігенетичний профіль «коричневих» адипоцитів, навіть коли вони піддаються морфологічному «відбілюванню» при теплій температурі. Ці результати дають унікальне уявлення про клітинну пластичність білих і бежевих адипоцитів і додатково визначають відмінності між коричневими та бежевими жировими клітинами.

Наша власна робота над фактором транскрипції ZFP423 також проливає розуміння на пластичність зрілих адипоцитів (22,33). Експресія Zfp423 збагачується білими проти коричневих адипоцитів і пригнічується в жирових клітинах при холодному впливі або безпосередній активації β3-адренергічної сигналізації (22). Ро і співавт. (32) встановили, що рівні Zfp423 активуються в бежевих клітинах, переходячи назад до білоподібного фенотипу. Нездійснене генетичне виснаження Zfp423 у зрілих адипоцитах призводить до міцної біло-бежевої взаємоперетворення майже всіх диференційованих адипоцитів у підшкірних пахових депо WAT та численних вісцеральних адипоцитів, які зазвичай стійкі до побуріння. Відстеження лінії імпульсного погони за адипоцитами з дефіцитом Zfp423 чітко виявляє, що зрілі одноочні адипоцити переходять до багатокульового бежевого фенотипу адипоцитів при видаленні Zfp423. У сукупності ці вищезазначені дослідження дають вагомі докази того, що бежеві адипоцити дійсно можуть виникати із зрілих одноочних адипоцитів.

Бежеві клітини можуть виникати завдяки диференціації адипоцитів De Novo від попередників

У кількох дослідженнях наші групи незалежно використовували модель "AdipoChaser" в експерименті з відстеження лінійного імпульсу, щоб дослідити походження бежевих адипоцитів, викликаних холодним впливом/адренергічним сигналізацією (22,34,35). Модель AdipoChaser дозволяє активувати тетрациклін (доксицилін), індукований Cre-опосередкованим геном-репортером, у клітинах, що експресують ген адипонектину. Подібно до тамоксифену-індуцибельних систем відстеження ліній, розглянутих вище, ця система може позначати зрілі адипоцити та відстежувати їх долю з часом (рис. 1). Використовуючи цю систему, ми спостерігали, що клітини UCP1 + швидко з’являються і виникають як через бежевий адипогенез de novo, так і з існуючих зрілих адипоцитів при стимуляції агоністом β3-адренергічних рецепторів або холодному впливі (22,34,35). Наші групи самостійно і послідовно робили це спостереження; однак, точний ступінь адипогенезу de novo може варіюватися, залежно від того, який саме репортер Rosa26 використовується (репортер LacZ або mT/mG).

Улюблений режим набору бежевих клітин залежить від історії попереднього впливу холоду та точного термогенного стимулу

У більшості вищезазначених досліджень з відстеження лінійних тварин тварини народжуються та вирощуються в умовах утримання за кімнатної температури до настання холоду. Температура 22 ° C представляє легкий холодний стрес для гризунів, особливо в ранньому постнатальному періоді. Насправді, Xue та ін. (7) раніше описали тимчасовий сплеск бежевих адипоцитів у заочеревинному депо приблизно післяпологових мишей 10-го дня. Ці клітини зникли до віку відлучення і знову з’являються у відповідь на холод. Таким чином, ми розсудили, що такі умови утримання, особливо протягом раннього постнатального періоду, можуть вплинути на спостережуваний режим рекрутування бежевих клітин та результати відстеження роду.

Результати разюче відрізняються, коли тварини народжуються та вирощуються в умовах термонейтрального утримання (30 ° C). Сім днів обробки під впливом 6 ° C призводить до повсюдного побуріння пахових депо WAT мишей AdipoChaser, які народилися та вирощувались при 30 ° C (рис. 3A та B); однак після холодного впливу більше 80% мультилокулярних клітин не мають міток (GFP -) (рис. 3С) і, отже, являють собою бежеві адипоцити, що виникають шляхом диференціації de novo. Ці дані дозволяють припустити, що після першого значного стресового стресу, що стався в житті, бежеві адипоцити (UCP1 + мультилокулярні клітини) виникають переважно через бежевий адипогенез de novo (рис. 3D). Цікаво, що умови утримання не суттєво впливали на режим вербування бежевих клітин, активований прямим агоністом β3-адренергічних рецепторів. Після 7 днів щоденної обробки CL316 243 при температурі 30 ° C також спостерігається широке підрум'янення; однак майже 70% мультилокулярних клітин мають мітку (GFP +) (рис. 3С). Ці дані підкреслюють потенційні відмінності у вербуванні клітин бежевих клітин після фізіологічних та фармакологічних стимулів.

Бежеві адипоцити набувають білу адипоцитоподібну одноглазну морфологію після теплої адаптації. В: Мишей AdipoChaser, народжених і вирощених з термонейтральністю (TN), годували стандартною дієтою чау до 8-тижневого віку, перш ніж переходити на дієту, що містить доксициклін (Dox) (600 мг/кг), протягом 10 днів (“Пульс”). Після періоду мічення пульсу мишей повернули на стандартну дієту чау протягом 3 днів. Потім мишей переводили на адаптацію до кімнатної температури (RT) протягом 7 днів до 7 днів холодного впливу (6 ° C). Після впливу холоду мишей витримували при термонейтральності ще 4 тижні, щоб викликати “відбілювання” жирової тканини. B: Репрезентативне 4-кратне зображення яскравого поля експресії UCP1 у пахових ділянках ВАТ від мишей після остаточного впливу термонейтральності. IHC, імуногістохімія. C: Репрезентативне зображення 63 × пахових зрізів ВАТ, забарвлених анти-GFP (зелений) та анти-ПЕРІЛІПІН (червоний) антитілами та забарвлених DAPI (сині [ядра]) у зазначені моменти часу. D: Підсумок результатів: бежеві адипоцити набувають білу адипоцитоподібну одноглазну морфологію після теплої адаптації.

Зараз видається впевненим, що дорослі ВАТ містять клітини-попередники, здатні проходити диференціювання бежевих адипоцитів; однак точна ідентичність цих клітин залишається невизначеною, а маркери клітинної поверхні для вибіркової ідентифікації цих клітин залишаються неідентифікованими. Клональні аналізи культивованих клітинних ліній стромальних клітин, отриманих з жирової тканини, дозволяють припустити, що виділені попередники бежевого кольору існують у дорослих ВАТ і відрізняються від білих попередників адипоцитів (13,16,46). Чи залишаються функціонально відмінні бежеві та білі попередники адипоцитів у рідних ВАТ дорослих, досі залишається незрозумілим. В якості альтернативи, природний ВАТ може містити біпотентні попередники, прихильність яких до бежевих ліній адипоцитів продиктована сигналами, пов’язаними з впливом холоду. Одноклітинне секвенування нещодавно пролило уявлення про молекулярну неоднорідність стромальних клітин WAT (47–49). Додаткові аналізи секвенування одноклітинних до/після впливу холодом, ймовірно, прояснять ці проблеми.

На сьогоднішній день велика частина роботи над бежевими адипоцитами зосереджена на їх появі та активності в підшкірній паховій ВАТ гризунів. Нещодавно наші групи вивели атлас жирової тканини з депо бежевого та коричневого жиру у мишей (50). Бежеві адипоцити виникають у декількох, але не у всіх депо WAT у відповідь на холодну дію. Чи існують суттєві депо-специфічні відмінності у бежевих/коричневих адипоцитах та їх походження, залишається незрозумілим. Більше того, низка досліджень сьогодні припускає, що термогенні адипоцити та/або їх попередники можуть бути навіть неоднорідними в межах окремих депо (23,51,52). Подібно білим адипоцитам, бежеві адипоцити можуть бути досить неоднорідними за своїми функціональними властивостями та походженням розвитку.

Протягом останніх 10 років дослідження позитронно-емісійної томографії/комп’ютерної томографії чітко показали, що у дорослих людей активний коричневий жир, який може впливати на різні аспекти гомеостазу поживних речовин (53,54). Як наслідок, було надзвичайне хвилювання щодо перспективи того, що активація людського коричневого жиру може бути ефективною стратегією збільшення витрат енергії. Одне занепокоєння полягає в тому, що абсолютна маса наявного коричневого жиру у дорослих з ожирінням може бути обмежувальною. Дослідження відслідковування ліній та різні генетичні моделі гризунів підкреслюють неабияку функціональну пластичність ВАТ. Здатність ВАТ людини піддаватися побурінню також підтверджується дослідженнями постраждалих від травм опіку та хворих на феохромоцитому (55,56). Таким чином, існує ймовірність того, що пул коричневої/бежевої жирової тканини може бути розширений шляхом «розблокування» термогенного потенціалу білої жирової тканини (57). Надалі, краще розуміння чіткого клітинного походження бежевих адипоцитів, що виникає у відповідь як на фізіологічні, так і на фармакологічні стимули, може краще інформувати про стратегії набору бежевих адипоцитів in vivo.

Інформація про статтю

Подяка. Автори вдячні членам Центру діабету Touchstone за корисну дискусію.

Фінансування. Це дослідження було підтримано докторською премією Американської асоціації серця 16POST26420136 та нагородою за розвиток кар’єри 19CDA34670007 від Американської кардіологічної асоціації та Гаррі С. Мосс Heart Trust M.S .; Національний інститут діабету та хвороб органів травлення та нирок, Національний інститут охорони здоров’я, надає K01-DK107788 та R03-HD095414 QAW, DK-104789 RKG та R01-DK55758, R01-DK099110, P01-DK088761 та P01-AG051459 до ПЕС Q.A.W. також була підтримана пілотною премією City of Hope Shared Resources, премією Caltech – City of Hope Initiative та премією Американської асоціації діабету серед молодих факультетів за розвиток 1-19-JDF-023. P.E.S. також був підтриманий необмеженим грантом на дослідження від Фонду Novo Nordisk. R.K.G. також була підтримана премією Американської асоціації серця за надання гранту 16GRNT30790006.

Подвійність інтересів. Не повідомлялося про потенційні конфлікти інтересів, що стосуються цієї статті.

Внески автора. M.S., Q.A.W., P.E.S. та R.K.G. задумав дослідження та розробив експерименти. M.S., Q.A.W., A.S., L.V. та N.C.B. проводив експерименти. M.S., Q.A.W., A.S., L.V., N.C.B., P.E.S. та R.K.G. проаналізовані дані. M.S., Q.A.W., P.E.S. та R.K.G. написав рукопис. P.E.S. та R.K.G. є гарантами цієї роботи і, як такі, мали повний доступ до всіх даних дослідження та несли відповідальність за цілісність даних та точність аналізу даних.

Наявність даних та ресурсів. Усі первинні дані та моделі тварин, використані в дослідженні, доступні слідчим за обґрунтованим запитом.