Adipogeneza

Adipogeneza to tworzenie adipocytów (komórek tłuszczowych) z komórek macierzystych. Obejmuje 2 fazy, determinację i końcowe różnicowanie. Determinacja polega na tym, że mezenchymalne komórki macierzyste przekształcają się w komórki prekursorowe adipocytów, znane również jako preadipocyty, które tracą zdolność różnicowania się do innych typów komórek, takich jak chondrocyty , miocyty i osteoblasty . Różnicowanie końcowe polega na tym, że preadipocyty różnicują się w dojrzałe adipocyty. Adipocyty mogą powstawać albo z preadipocytów rezydujących w tkance tłuszczowej, albo z komórek progenitorowych pochodzących ze szpiku kostnego, które migrują do tkanki tłuszczowej.

Zróżnicowany adipocyt wybarwiony czerwienią olejową O

Wstęp

Adipocyty odgrywają istotną rolę w utrzymaniu homeostazy energetycznej i przetwarzają największą rezerwę energii w postaci triglicerolu w organizmie zwierząt. Adipocyty pozostają w stanie dynamicznym, zaczynają się rozszerzać, gdy pobór energii jest większy niż wydatek i ulegają mobilizacji, gdy wydatek energetyczny przekracza pobór. Proces ten jest silnie regulowany przez hormony przeciwregulatorowe, na które te komórki są bardzo wrażliwe. Hormon insuliny sprzyja ekspansji, podczas gdy przeciwhormony epinefryna , glukagon i ACTH sprzyjają mobilizacji. Adipogeneza jest ściśle regulowanym procesem różnicowania komórek, w którym mezenchymalne komórki macierzyste przekształcają się w preadipocyty, a preadipocyty różnicują się w adipocyty. Różnicowanie komórkowe to zmiana wzorców ekspresji genów, która zmienia ekspresję genów multipotentnych na ekspresję genów specyficzną dla typu komórki. Dlatego czynniki transkrypcyjne są kluczowe dla adipogenezy. Czynniki transkrypcyjne, receptor aktywowany przez proliferatory peroksydów γ (PPARγ) oraz białka wiążące wzmacniacze CCAAT (C/EBPs) są głównymi regulatorami adipogenezy. W porównaniu z komórkami z innych linii, różnicowanie komórek tłuszczowych in vitro jest autentyczne i podsumowuje większość charakterystycznych cech różnicowania in vivo. Kluczowe cechy zróżnicowanych adipocytów to zatrzymanie wzrostu, zmiana morfologiczna, wysoka ekspresja genów lipogenicznych i produkcja adipokin , takich jak adiponektyna , leptyna , rezystyna (u myszy, nie u ludzi) i TNF-alfa .

Różnicowanie

W badaniach różnicowania in vitro wykorzystano wstępnie potwierdzoną linię preadipocytów, taką jak linia komórkowa 3T3-L1 i 3T3-F442A lub preadipocyty wyizolowane z frakcji zrębowo-naczyniowej białej tkanki tłuszczowej. Różnicowanie in vitro jest procesem wysoce uporządkowanym. Po pierwsze, proliferujące preadipocyty hamują wzrost, zwykle poprzez hamowanie kontaktowe. Po zatrzymaniu wzrostu następowały najwcześniejsze zdarzenia, w tym morfologiczna zmiana preadipocytu z kształtu fibroblastowego na okrągły oraz indukcja czynników transkrypcyjnych C/EBPβ i C/EBPδ . Druga faza zatrzymania wzrostu to ekspresja dwóch kluczowych czynników transkrypcyjnych PPARγ i C/EBPα , które promują ekspresję genów nadających cechy dojrzałych adipocytów. Geny te obejmują białko adipocytów (aP2) , receptor insuliny, dehydrogenazę glicerofosforanową, syntazę kwasów tłuszczowych, karboksylazę acetylo-CoA, transporter glukozy typu 4 (Glut 4) i tak dalej. Dzięki temu procesowi kropelki lipidów gromadzą się w adipocytach . Jednak linie komórkowe preadipocytów mają trudności z różnicowaniem się w adipocyty. Preadipocyty wykazują markery powierzchniowe CD45 ^- CD31 ^- CD34 ⁺ CD29 ⁺ SCA1 ⁺ CD24 ^{+ , które mogą proliferować i różnicować się w adipocyty in vivo.}

Modele różnicowania in vitro

Linia komórkowa	Pochodzenie	Protokół różnicowania
Zaangażowane preadipocyty
3T3-L1	Subklon szwajcarskiego 3T3	FBS+ I+ D+ M
3T3-F442A	Subklon szwajcarskiego 3T3	FBS + I
Ob17	myszy C57BL/6J ob/ob	FBS+ I+ T3
TA1	Subklon C3H10T1/2	FBS + D + I
30A5	Subklon C3H10T1/2	FBS + D + M + I
1246	Adipogenny subklon mysiej linii komórkowej potworniaka CH3 T984	D + M + I
Niezaangażowany z potencjałem adipogennym
NIH3T3	Komórki zarodka myszy NIH Swiss	Ektopowa ekspresja PPAR-gamma , C/EBP-alfa lub C/EBP-beta + D+ M+ I
Szwajcarski 3T3	Szwajcarskie komórki zarodkowe myszy	Ektopowa ekspresja C/EBP-alfa
Balb/3T3	Komórki zarodka myszy Balb/c	Ektopowa ekspresja C/EBP-alfa
C3H 10T1/2	Komórki zarodka myszy C3H	Ligand PPAR-gamma
Kusa 4b10	linia komórkowa zrębu szpiku kostnego myszy	FBS + I + D + M
C2C12	Mięśnie ud myszy C3H	Tiazolidynodiony
G8	Mięśnie kończyn tylnych płodowej szwajcarskiej myszy webster	Ektopowa ekspresja PPAR-gamma + CEBP/alfa + D + I
FBS = płodowa surowica bydlęca, D = deksametazon, I = insulina, M = metyloizobutyloksantyna T3 = trijodotyronina

Przepisy transkrypcyjne

PPARγ

PPARγ jest członkiem nadrodziny receptorów jądrowych i jest głównym regulatorem adipogenezy. PPARγ heterodimeryzuje z receptorem retinoidu X (RXR), a następnie wiąże się z DNA, co aktywuje promotory dalszych genów. PPARγ indukuje geny specyficzne dla komórek tłuszczowych, w tym aP2, adiponektynę i karboksykinazę fosfoenolopirogronianową (PEPCK) . Aktywacja PPARg ma wpływ na kilka aspektów cech dojrzałych adipocytów, takich jak zmiany morfologiczne, akumulacja lipidów i nabywanie wrażliwości na insulinę. PPARγ jest niezbędny i wystarczający do promowania różnicowania komórek tłuszczowych. PPARγ jest wymagany do różnicowania embrionalnych komórek macierzystych (komórek ES) w adipocyty . Ekspresja PPARγ jest wystarczająca do przekształcenia fibroblastów w adipocyty in vitro. Wykazano, że inne czynniki proadipogenne, takie jak C/EBP i czynniki podobne do Krüppela (KLF), indukują promotor PPARγ . Ponadto PPARγ jest również wymagany do utrzymania ekspresji genów charakteryzujących dojrzały adipocyt. Tiazolidynodiony (TZD), leki przeciwcukrzycowe, które dobrze wykorzystywały koktajl różnicujący in vitro, promując aktywność PPARγ .

C/EBP

C/EBP , czynniki transkrypcyjne, należą do klasy zamków zasadowo-leucynowych. cAMP, induktor adipogenezy, może promować ekspresję C/EBPβ i C/EBPδ . Uważa się , że na wczesnym etapie różnicowania przejściowy wzrost C/EBPβ i C/EBPδ aktywuje adipogenne czynniki transkrypcyjne, PPARγ i C/EBPα . PPARγ i C/EBPα mogą przekazywać informacje zwrotne, aby indukować wzajemną ekspresję, jak również ich dalsze geny. C/EBPα odgrywa również ważną rolę we wrażliwości adipocytów na insulinę. Jednak C/EBPγ hamuje różnicowanie, które może wynikać z inaktywacji przez C/EBPβ .

Kaskada transkrypcyjna

Chociaż PPARγ i C/EBPα są głównymi regulatorami adipogenezy, inne czynniki transkrypcyjne działają w postępie różnicowania. Czynnik oznaczania i różnicowania adipocytów 1 (ADD1) i białko wiążące element regulujący sterol 1 (SREBP1) mogą aktywować PPARγ przez wytwarzanie endogennego ligandu PPARγ lub bezpośrednio promować ekspresję PPARγ . Białko wiążące element reagujący na cAMP sprzyja różnicowaniu, podczas gdy aktywacja PPARγ i C/EBPα odpowiada również na regulację ujemną. Czynnik limfocytów T/czynnik wiążący wzmacniacz limfatyczny (TCF/LEF) , GATA2/3, receptor kwasu retinowego α i SMAD6/7 nie wpływają na ekspresję C/EBPβ i C/EBPδ , ale hamują indukcję PPARγ i C/EBPα .

Inne przepisy

Produkty układu hormonalnego, takie jak insulina , IGF-1 , cAMP , glukokortykoid , trijodotyronina skutecznie indukują adipogenezę w preadipocytach.

Insulina i IGF1

Insulina reguluje adipogenezę poprzez sygnalizację receptora insulinopodobnego czynnika wzrostu 1 (IGF1) . Insulina/IGF1 promuje indukcję czynników transkrypcyjnych regulujących końcowe różnicowanie.

Sygnalizacja Wnt

Sygnalizacja Wnt / β-katenina hamuje adipogenezę, promując różnicowanie mezenchymalnych komórek macierzystych w miocyty i osteocyty , ale blokując zaangażowanie w linię adipocytarną. Wnt/β-katenina hamuje różnicowanie preadipocytów poprzez hamowanie indukcji PPARγ i C/EBPα .

BMP

Białka morfogenetyczne kości (BMP) są członkami nadrodziny transformującego czynnika wzrostu β (TGFβ). BMP2 może albo stymulować oznaczanie komórek multipotentnych, albo indukować osteogenezę poprzez różne heteromery receptorów. BMPs promuje również różnicowanie preadipocytów.

Starzejące się komórki

Wykazano, że starzejące się komórki progenitorowe tkanki tłuszczowej w podskórnej tkance tłuszczowej hamują różnicowanie adipogenne. Zmniejszona adipogeneza u osób otyłych wynika raczej ze zwiększonej liczby starzejących się komórek w tkance tłuszczowej niż ze zmniejszonej liczby komórek macierzystych/progenitorowych.