Μελέτη επίδρασης διατροφικών και ενδογενών παραγόντων στην πορεία διαφοροποίησης των λιποκυττάρων

Abstract

Obesity is a complex metabolic disorder originating from an imbalance between energy intake and expenditure. Obesity is attributed to the number and size of adipocytes, which are the main cells of the adipose tissue. Mature adipocytes have a spherical shape and contain accumulated triglycerides in the form of a large oil droplet. They are derived from preadipocytes, fibroblast-like cells, through the differentiation process. Several endogenous and exogenous factors affect this process which, apart from triglyceride accumulation, is accompanied by the appearance of early, intermediate and late mRNA/protein markers. Increasing evidence supports the hypothesis that the endocannabinoid system (ES) holds an important regulatory role on the energy homeostasis and consequently on obesity, through central and peripheral mechanisms. The most studied endocannabinoid is anandamide (AEA), which increases food intake and promotes weight gain in animals by activating the cannabinoid 1(CB1) receptor. The selective inhibition of CB1 receptor with Rimonabant (SR141716A), on the contrary, reduces food intake and body weight in obese animals and humans. The aim of this study was to investigate the involvement of AEA in the differentiation process of rat adipocytes using primary cell cultures of rat preadipocytes. We showed that AEA increases preadipocyte differentiation into adipocytes in a concentration- and time-dependent manner. In addition, we found that PPARγ2 gene expression was increased during the differentiation process induced by AEA. Moreover, our results showed that CB1 and CB2 receptors were also expressed in differentiated adipocytes. Furthermore, CB1 receptor expression level was nearly doubled in differentiated adipocytes in the presence of AEA, while CB2 receptor gene expression and protein expression was attenuated. The effect of the hydrolysis-resistant analogue of AEA, (R+)-mAEA, on the differentiation process was also studied in order to clarify if arachidonic acid (AA), derived from AEA hydrolysis by fatty acid amide hydrolase (FAAH), could be involved in the induction of the differentiation. The RNA and the protein levels of FAAH were upregulated in differentiated adipocytes by AEA. On the contrary, R(+)-mAEA had a lower effect on adipocyte differentiation in comparison to AEA, suggesting that AA is involved in this process. In addition, URB597, a specific FAAH inhibitor, decreases the differentiation not only in the presence but also in the absence of AEA. Our findings suggest that cycloxygenase 2 (COX-2) is present in rat adipose tissue. These findings, in combination with the fact that AEA is a good substrate for COX-2, led us to further investigate the effect of AEA on COX-2 gene expression during the differentiation process in the presence or absence of indomethacin (IND), a pan-COX inhibitor. COX-2 gene expression was higher in cells treated with AEA for 7 days compared with untreated cells. In addition, IND reduced differentiation in the absence or presence of AEA and although the reduction was not statistically significant, we observed a strong inhibitory effect. These results suggest that COX-2 derivatives of AEA and/or AA are involved on adipocyte differentiation. ........................................................................................................................................

Η παχυσαρκία είναι αποτέλεσμα της μακροχρόνιας διατήρησης του οργανισμού σε κατάσταση θετικού ενεργειακού ισοζυγίου και κατατάσσεται σε δυο κύριες κατηγορίες, την υπερτροφική και την υπερπλαστική παχυσαρκία. Η υπερτροφική παχυσαρκία χαρακτηρίζεται από την αύξηση του όγκου των λιποκυττάρων ενώ η υπερπλαστική από την αύξηση του αριθμού τους. Ο αριθμός των λιποκυττάρων αυξάνει κυρίως μέσω της αύξησης της ταχύτητας της διαφοροποίησης των προλιποκυττάρων σε λιποκύτταρα. Τα προλιποκύτταρα είναι εξειδικευμένοι ινοβλάστες ενώ τα λιποκύτταρα έχουν στρογγυλό σχήμα και το εσωτερικό τους καταλαμβάνεται σχεδόν εξ’ ολοκλήρου από μια λιποσταγόνα συσσωρευμένων TG και κατά την πορεία της διαφοροποίησης συμμετέχουν, όπως έχει αποδειχθεί, πολλοί περιβαλλοντικοί αλλά και γενετικοί παράγοντες. Τα τελευταία χρόνια, πολλές είναι οι βιβλιογραφικές αναφορές που προτείνουν έναν κεντρικό ρόλο του ES στην ενεργειακή ομοιόσταση. Το AEA, ενδογενές παράγωγο του ΑΑ, αποτελεί το σημαντικότερο μέλος των ενδοκανναβινοειδών. Στην παρούσα εργασία αποδείχτηκε ότι το ΑΕΑ επάγει τη πορεία της διαφοροποίησης των προλιποκυττάρων αρουραίων, με δοσο- και χρονοεξαρτώμενο τρόπο, και προκαλεί την αύξηση της έκφρασης του μεταγραφικού παράγοντα PPARγ2. Επίσης, αποδείχτηκε η παρουσία του ES στα διαφοροποιημένα λιποκύτταρα αρουραίου και η μεταβολή της έκφρασης των συστατικών του συστήματος αυτού κατά την πορεία της διαφοροποίησης, παρουσία του ΑΕΑ. Το ΑΕΑ επάγει τη διαφοροποίηση εν μέρει μέσω μεταβολισμού του σε ΑΑ, όπως φάνηκε από τα αποτελέσματα μελέτης της επίδρασης του σταθερού σε υδρόλυση αναλόγου του ΑΕΑ, R(+)-mAEA, και του ειδικού αναστολέα της FAAH, URB597, στην πορεία της διαφοροποίησης. Στη προσπάθεια μας να διευκρινίσουμε περαιτέρω το μηχανισμό δράσης του ΑΕΑ στη διαφοροποίηση, διερευνήσαμε την ύπαρξη της COX-2, στα διαφοροποιημένα λιποκύτταρα αρουραίου. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι η COX-2 εκφράζεται στα κύτταρα αυτά, με την έκφραση του γονιδίου του ενζύμου, να είναι αυξημένη στα διαφοροποιημένα λιποκύτταρα, παρουσία του ΑΕΑ. Το γεγονός αυτό αναδεικνύει την εμπλοκή της COX-2 στη δράση του ΑΕΑ στη πορεία της διαφοροποίησης. Η περιοχή που εντοπίζεται ο λιπώδης ιστός, η παροχή μακρο- και μικροθρεπτικών συστατικών, η παρουσία άλλων κυτταρικών τύπων συνεισφέρουν στη διαφορετικότητα της μορφολογίας, της λειτουργίας και της εμπλοκής κάθε τύπου λιπώδους ιστού στην ανάπτυξη της παχυσαρκίας. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με τα αποτελέσματά μας βάσει των οποίων διαπιστώθηκε η ύπαρξη του ES στο λιπώδη ιστό αρουραίου, μας οδήγησε στη διερεύνηση της ύπαρξης του ES σε διάφορους τύπους ανθρώπινου λιπώδους ιστού και συγκεκριμένα στον υποδόριο κοιλιακό, στο γαστρικό και στο μεσεντερικό λιπώδη ιστό παχύσαρκων εθελοντών, καθώς επίσης και στη μελέτη της επίδρασης του ΑΕΑ στη διαφοροποίηση προλιποκυττάρων, που απομονώθηκαν από τους προαναφερθέντες τύπους ιστών. Παράλληλα, μελετήθηκε η επίδραση της IBMX στη διαφοροποίηση των ανθρώπινων προλιποκυττάρων. Αρχικά, φάνηκε ότι παρουσία της ΙΒΜΧ είναι απαραίτητη για τη διαφοροποίηση των ανθρώπινων προλιποκυττάρων, αλλά και απαραίτητη για την επίδραση του ΑΕΑ στην πορεία της διαφοροποίησης. .....................................................................................................