Редактиран от Рудолф Л. Лайбел, Колумбийския университет, Ню Йорк, Ню Йорк, и приет от редакционната колегия на 20 март 2013 г. (получено за преглед на 15 юни 2012 г.)

резистентността

Резюме

Затлъстяването е основен здравен проблем, свързан с усложнения, които причиняват значителна заболеваемост и смъртност. По този начин идентифицирането на протеиновия хормон лептин в спонтанния затлъстял миши мутант ob/ob е източник на голямо вълнение (1), тъй като лептинът потиска активността на хранене и се секретира в серума пропорционално на количеството мастна тъкан, основният източник на хормона (2). Въпреки това, терапевтичният потенциал на лептина е отслабен от бариера за действието на лептин, която трябва да съществува при затлъстел индивид, тъй като почти всички затлъстели мишки и пациенти с хора показват повишени нива на циркулиращ лептин (2, 3). Това бариерно явление е известно като лептинова резистентност, чиито точни механизми са неизвестни. Освен това възрастта влияе върху чувствителността на лептина, тъй като по-възрастните гризачи са по-малко чувствителни към аноректичните ефекти на лептина, отколкото по-младите гризачи (4 ⇓ ⇓ –7). В областта на изследванията на затлъстяването едно предизвикателство става да се определи как хората придобиват резистентност към лептин и дали това е основната причина за фенотипа на затлъстяването или просто последица.

BBS е плейотропен, генетично хетерогенен синдром, свързан с ретинопатия, кистозни бъбреци, когнитивни дефицити, полидактилия, аносмия и затлъстяване (8). Няколко от замесените протеини образуват комплекс, наречен BBSome, който функционира при трафик на мембрани на реснички (12 ⇓ ⇓ –15). Многобройни модели мишки на BBS рекапитулират много от клиничните характеристики на пациентите (16, 17). Основна разлика между мишки BBS и IFT мутанти е, че BBS моделите притежават първични реснички, докато IFT мутациите обикновено водят до аблация на ресничките. Освен това, данните от множество моделни системи предполагат, че BBS-асоциираните фенотипи са резултат от дефектна сигнализация, медиирана от реснички (12, 18, 19).

Последните данни показват, че Bbs1, компонент BBSome, свързва лептиновия рецептор и може да посредничи при трафика на лептинов рецептор (20). Освен това, проучвания върху мутантни мишки Bbs2, Bbs4 и Bbs6 разкриват, че те са хиперлептинемични и, което е важно, не успяват да намалят приема на храна в отговор на лептин (21). Резистентност към лептин се наблюдава при мутантни мишки дори след ограничаване на калориите, намалена мастна маса и нива на циркулиращ лептин до тези на контролните мишки (20). По този начин изглежда, че дефектите в сигнализирането за лептин допринасят пряко за свързаното с BBS затлъстяване.

По-рано показахме, че условното нарушаване на Ift88 през възрастна мишка, използваща повсеместно експресирания трансген на CAGG-CreER (актинов промотор), води до хиперфагия и затлъстяване (22). Интригуващо е, че фенотипът на затлъстяването може да бъде рекапитулиран с помощта на проопиомеланокортин (POMC) -Cre за разрушаване на Ift88 в POMC невроните на хипоталамуса, ключов център за ситост, който регулира отговорите на лептина (22). По този начин целта ни беше да проучим дали ресничките са пряко ангажирани с сигнализирането за лептин, дали загубата на реснички допринася за развитието на лептинова резистентност и дали етиологията на затлъстяването при мишки-мутанти на реснички е подобна на тази, наблюдавана в Bbs модели, където ресничките са непокътнати дисфункционален.

Резултати

За по-нататъшно изследване на възможните връзки между лептинови сигнални дефекти при индуцирани от възрастни мутанти на реснички, извършихме както експерименти за терморегулация, така и за активност. Лептиновите мутанти, ob/ob, мишки показват дефекти в термогенезата, както се доказва от по-ниска базална телесна температура и невъзможност да се поддържа телесна температура, когато се предизвиква със студена среда (32). За да видим дали условните мутантни мишки на реснички развиват фенотип на студена непоносимост, свързан с дефекти в сигнализирането за лептин, ние предизвикахме студени Ift88 Δ/Δ мутантни мишки. За разлика от мутантните мишки ob/ob, мутантните мишки Ift88 Δ/Δ cilia успяха да регулират телесната температура в отговор на студено предизвикателство, подобно на контролите Ift88 flox/flox и C57BL/6 (фиг. 4А). Освен това, анализът на активността на Ift88 Δ/Δ разкрива фина хиперактивност преди появата на затлъстяване и няма промени в активността при затлъстяване (фиг. 4В). За разлика от тях, ob/ob мишките показват намалена локомоторна активност (фиг. 4В) (33, 34). Колективно тези резултати показват, че загубата на реснички при Ift88 Δ/Δ мутантни мишки не води до фенотипове, типично свързани с лептинов сигнален дефицит.

Анализ на серумен лептин, терморегулация и чувствителност към лептин при мишки Bbs4 -/-. (A) Серумни нива на лептин на Bbs4 +/+ и преобези Bbs4 -/- мишки. (B) Количествено определяне на pSTAT3 оцветяване в дъгообразното ядро ​​на мишки Bbs4 +/+ и Bbs4 -/- след IP лептин и носител. * P +/+ и Bbs4 -/- предиобебни мишки. (Скала, 90 µm.) Пунктираните линии показват приблизителна граница на дъгообразното ядро. (D) Данни за хранене след лептин и инжектиране на носител при Bbs4 -/- мутантни мишки. (Вмъкване) Кумулативен прием на храна (CFI) за мишки Bbs4 +/+ и Bbs4 -/- след лептин или носител i.p. инжекция. * P +/+ и Bbs4 -/- мишки, измерени за изходно ниво, и след това при 30, 120 и 240 минути излагане на 4 ° C и при 270, 390 и 480 минути по време на възстановяване на стайна температура. Всички точки и ленти представляват средни стойности ± SEM. Числата в скоби или ленти показват броя на животните.

Дискусия

Преди това показахме, че загубата на реснички върху POMC клетки при условни миши мутанти води до хиперфагия и затлъстяване (22). Молекулните механизми, които стоят зад този фенотип, обаче остават неуловими. Последните проучвания на миши модели на BBS предполагат, че комплексът от BBS протеини, известен като BBSome, е от решаващо значение за трафика на рецептори за лептин и активността на пътя (20). Интересното е, че Bbs мутантните мишки запазват ресничките си, макар и с нарушена локализация на ресничките на ресничките, докато IFT мутациите водят до загуба на органели (12, 22). Въпреки че както мутациите на Bbs, така и IFT водят до затлъстяване, не е ясно дали подобни механизми задвижват тези фенотипове. Тук тестваме дали фенотипът на затлъстяването, наблюдаван при тези модели на мишки, се инициира от дефекти в сигнализирането за лептин.

За постигане на тази цел е използван CAGG-CreER индуцируем трансген. Въпреки че този модел не води до пълна загуба на Ift88, той елиминира объркващите ефекти от загубата на реснички по време на развитието, предимство, което преди използваният трансген POMC-Cre не притежава (23, 35). По-рано беше показано, че други затлъстели животни, устойчиви на лептин, възвръщат чувствителността към лептин при регулиране на телесния състав чрез контролирано хранене (36, 37). Освен това, представеното тук проучване позволява повторна оценка на чувствителността към лептин в същата кохорта мишки при различни нива на затлъстяване и лептин. Изненадващо, мишките Ift88 Δ/Δ са устойчиви на действието на лептин при затлъстяване и имат повишен серумен лептин, но са чувствителни към екзогенен лептин както преди наддаване на тегло, така и след отслабване.

За по-нататъшно изследване дали при мишки Ift88 Δ/Δ са наблюдавани други фенотипове, свързани с лептинови сигнални дефекти, са проведени експерименти както с терморегулация, така и с двигателна активност. Мишките Ift88 Δ/Δ, предизвикани от студ, демонстрираха нормален терморегулаторен фенотип. Тази нормална терморегулация е в ярък контраст с липсващите лептин ob/ob мишки, които не са в състояние да терморегулират (34). За по-нататъшна оценка на сигнала за лептин при мутанти на ресничките се оценява локомоторната активност. Ift88 Δ/Δ мишките бяха значително по-активни за 24-часов период спрямо ob/ob мишките. Тези данни показват, че условната загуба на реснички Ift88 при възрастни мишки не води до първичен дефект в сигнализирането за лептин.

За разлика от нашите констатации, настоящата догма показва, че ресничките са необходими за нормална лептинова чувствителност въз основа на предишни проучвания в модели на мишки с Bbs цилиопатия. Данни от Seo et al. използва парадигма за ограничаване на калориите, докато се оцени реакцията на лептин, за да се гарантира, че мутантните мишки на Bbs са поддържани слаби (20). Макар и да не е адресиран директно, това може да е причинило FAA ефект, подобен на този, който наблюдавахме при мишките Ift88 Δ/Δ, заменяйки анорексигенните ефекти на лептина. За да тестваме директно дали Bbs мутантните мишки имат лептинов сигнален дефект, ние оценихме както лептиновата чувствителност, така и терморегулацията при Bbs4 -/- мишки преди началото на затлъстяването. Интересното е, че Bbs4 -/- мишки отговориха на i.p. инжекция с лептин и поддържане на телесната температура, когато е предизвикано от студ. Като цяло тези данни предполагат, че сигналът за лептинов дефект, сигнализиран преди това при мишките Bbs, е само вторичен или за увеличаването на теглото, или за FAA, причинено от ограничаване на калориите. Тези данни в крайна сметка оставят неизвестен иницииращия молекулярен механизъм зад затлъстяването, свързано с дисфункция на ресничките.

Методи

За подробности относно методологията вижте SI Методи.

Всички мишки бяха държани в Асоциация за оценка и акредитация на одобрено за лабораторни грижи за животните съоръжение в съответствие с указанията на Институционалния комитет за грижа и употреба на животните в Университета на Алабама в Бирмингам. Ift88 флокс/флокс; Генерирани са кохорти CAGG-CreER и индуцирането на тамоксифен на загуба на реснички е извършено, както е описано по-рано (22, 23). Bbs4 вродени мутантни мишки са получени от Jackson Labs. Съставът на тялото е измерен с инструмент за количествен магнитен резонанс EchoMRI, както е описано по-горе (51). За измерване на приема на храна е използван монитор за епизодичен прием на BioDAQ (Research Diets). Локомоторната активност е измерена с помощта на система за проследяване (Phenotyper; Noldus).

Благодарности

Благодарим на д-р Mykytyn за антитялото Bbs4, на Университета на Алабама в Бирмингам, ядро ​​за фенотипизиране на малки животни за анализи на телесния състав (P30 DK056336 и P60 DK079626), и на Mandy J. Croyle за техническата помощ. Тази работа беше подкрепена от Националните здравни институти RO1 DK075996 (за B.K.Y.), F32 DK088404 (за N.F.B.), T32 HL7578 (за E.BMM) и T32 GM008111, (за R.C.P.). Поддръжката на Американския закон за възстановяване и реинвестиране (RO1DK075966-03S1) предостави системата Biodaq.

Бележки под линия

↵ 1 N.F.B. и R.C.P. допринесе еднакво за тази работа.

Принос на автора: N.F.B., R.C.P., E.B.M., T.R.N., R.A.K. и B.K.Y. проектирани изследвания; N.F.B., R.C.P., E.B.M., S.M.Z.Y., A.D.M. и W.R.L. извършени изследвания; N.F.B., R.C.P., E.B.M., T.R.N., R.A.K. и B.K.Y. анализирани данни; и N.F.B., R.C.P., E.B.M. и B.K.Y. написа вестника.

Авторите не декларират конфликт на интереси.