Az elhízáshoz társult TMEM18 génnek szerepe van az étvágy központi ellenőrzésében és a testtömeg-szabályozásban

Keresse meg ezt a szerzőt a Google Tudósban
Keresse meg ezt a szerzőt a PubMed oldalon
Keresse meg ezt a szerzőt ezen a webhelyen
ORCID-rekord Stephen O’Rahilly számára
Levelezés céljából: so104 @ medschl.cam.ac.ukapc36 @ cam.ac.uk

Közreműködött: Stephen O'Rahilly, 2017. július 17 (felülvizsgálatra elküldve: 2017. május 3; áttekintette: Jens Bruning és Marcelo A. Nobrega)

Jelentőség

A genomra kiterjedő asszociációs vizsgálatok növekvő mérete és kifinomultsága olyan változatok azonosításához vezetett, amelyek egyértelműen és megbízhatóan összefüggenek az elhízással. Gyermekeknél és felnőtteknél ismételten kimutatták a megnövekedett BMI és a TMEM18 génhez közeli, az emberi 2. kromoszóma régió közötti szoros kapcsolatot. A TMEM18 funkcióját az étvágygerjesztő viselkedés és a testösszetétel szabályozásában rosszul jellemezték. Egérmodellekben a csíravonal-veszteség súlygyarapodást mutat, míg a felnőttkori hipotalamusz túlzott expressziója súlycsökkenést eredményez, alátámasztva azt a hipotézist, hogy a központi idegrendszerben ható TMEM18 befolyásolhatja az energiaegyensúlyt. Beszámolunk a TMEM18 szerkezetéről és feltételezett molekuláris funkciójáról is, megkérdőjelezve a jelenlegi publikált modellt.

Absztrakt

Az emberi 2. kromoszóma (2p25.3) intergenikus régiójában olyan genetikai variánsok találhatók, amelyek az elhízással a legerősebben és reprodukálhatóbban társulnak. Az ezekhez a változatokhoz legközelebb álló gén a TMEM18, bár az ezeket a hatásokat közvetítő molekuláris mechanizmusok teljesen ismeretlenek. Az egér hipotalamusz paraventrikuláris sejtmagjában (PVN) a Tmem18 expresszióját megváltoztatták a táplálkozási állapot változásai. Az egerekben a Tmem18 csíravonal-csökkenése megnövekedett testtömeget eredményezett, amelyet a magas zsírtartalmú étrend súlyosbított, és amelyet a megnövekedett táplálékfogyasztás vezetett. A vad típusú egerek PVN-jében a Tmem18 szelektív túlzott expressziója csökkentette a táplálékfelvételt és növelte az energiafelhasználást is. Bizonyítékokat szolgáltatunk arra vonatkozóan, hogy a TMEM18 négy, nem három transzmembrán doménnel rendelkezik, és hogy fizikailag kölcsönhatásba lép a nukleáris póruskomplexum kulcsfontosságú komponenseivel. Adataink alátámasztják azt a hipotézist, miszerint maga a TMEM18, amely a központi idegrendszeren belül működik, elfogadható közvetítője a szomszédos genetikai variációk emberi adipozitásra gyakorolt hatásának.

Eredmények

A Tmem18 a hipotalamusz paraventricularis magjában expresszálódik.

A TMEM18 fehérje topológiája. Az N-terminális FLAG-jelölt TMEM18 túlzott expressziója látható TX-100-mal (mind a plazmát, mind a sejtmembránt permeabilizáló) vagy digitoninnal (csak a plazmamembránt permeabilizáló) kezelt COS-sejtekben. A TMEM18 expressziót vagy FLAG antitesttel (vörös, A és B) vagy a TMEM18 C terminális antitesttel (zöld, C és D) detektáltuk.

A TMEM18 nem valószínű, hogy közvetlenül szabályozza az átírást.

Felvetődött, hogy a TMEM18 megköti a DNS-t és elnyomja a transzkripciót (20). Ennek a hipotézisnek a teszteléséhez vad típusú és Tmem18 knockout hím egerekből származó hypothalami RNS-Seq elemzését végeztük (ENA csatlakozási szám: PRJEB13884). Összesen 27 691 (27 727 nem null teljes olvasásszámmal; szakácsonként 36 kiugró értékű cutoff; ref. 25) annotált gének legalább egy mintában leképezett leolvasásokat használtak fel differenciál expressziós elemzéshez (mintánként egyedileg feltérképezett olvasások átlagos száma: 32,4 × 10 −6 ± 2,04 × 10 −6 SD). Érdekes, hogy a többszörös teszteléshez történő igazítás után csak a Tmem18 expresszálódott jelentősen differenciálisan a két genotípus hipotalamijában (padj = 3,02 × 10–22; SI függelék, S12A ábra). A Tmem18 és hat további, a legkisebb (de statisztikailag nem szignifikáns) padj értékű gén qRT-PCR elemzése megerősítette az RNAseq adatokat (SI függelék, S12B ábra), ami arra utal, hogy a TMEM18 valószínűleg nem lesz a transzkripció globális szabályozója, amint arról beszámoltunk.

A TMEM18 kölcsönhatásba lép két nukleáris pórusfehérjével, az NDC1 és az AAAS.

BiFC és a TMEM18 NDC1 és AAAS interakciójának együttes megerősítése. (A – G) A TMEM18, valamint az NDC1 és az AAAS közötti fizikai interakciót a BiFC igazolta. Az YFP N-terminálisát összeolvadtuk a FLAG-jelölt NDC1 (YN-F-NDC1; C) vagy AAAS (YN-F-AAAS; E) vagy NUP35 (negatív kontroll, YN-F-NUP35; G), míg a C az YFP végét a TMEM18-hoz (TMEM18-Yc) fuzionáltuk. A FLAG expressziót egy FLAG antitest (piros) alkalmazásával detektáltuk, míg az YFP jelet zöld színnel ábrázoltuk. YN-F-NDC1 és AAAS-YC-t használtunk pozitív BiFC kontrollként (B). (H és I) Koimmunoprecipitációs kísérletek FLAG-jelölt TMEM18 és GFP-jelölt NDC1 (H) vagy AAAS (I) alkalmazásával, amelyek túlzottan expresszálódtak HEK sejtekben. A blot szaggatott vonalai két különböző sávot képviselnek ugyanabban a blotban.

Vita

A HFD-n lévő hím egerek a megnövekedett energiafogyasztás miatt híztak. Megjegyzendő, hogy a közvetett kalorimetriából származó adatok azt is kimutatták, hogy a Tmem18 null egerek energiafelhasználása ~ 10% -kal nőtt a vad típusú egerekhez képest, de mivel a táplálékbevitel ~ 30% -kal nőtt, az uralkodó hajtóerő a kalóriafelesleg és a súlygyarapodás volt. . Ezt tekinthetjük az „étrend által kiváltott termogenezis” példájának, amely állapot a magasabb kalóriatartalmú étrend változásának hatásaként tekinthető, amelyben az egerek egyidejűleg növelik az energiafelhasználást és a táplálékfelvételt (33). A lehetséges biológiai célt és az e jelenség szempontjából releváns szöveteket továbbra is vitatják (34). Több egyetértés van abban, hogy egy tanulmány környezeti hőmérséklete erősen kvalitatív hatással lehet a metabolikus vizsgálatok eredményére (35). Vizsgálatainkat „szokásos” állattartási körülmények között végeztük, amelyek krónikus hőterhelésnek tekinthetők az egerek számára. A termoneutralitásnál élő Tmem18-hiányos egerek energiafogyasztásának jövőbeni vizsgálata hasznos lehet a molekula metabolikus kontrollban betöltött szerepének további megértésében.

Több csoport korábban kimutatta, hogy a Tmem18 magasan expresszálódik a hipotalamuszon belül, bár nem mindegyik számolt be arról, hogy táplálkozásilag szabályozott (19, 36, 37). Adataink azt is jelzik, hogy a Tmem18 számos hipotalamusz régióban expresszálódik. Úgy döntöttünk, hogy a PVN-re koncentrálunk, egy anatómiai régióra, amely gazdagabb az étvágygerjesztő viselkedésben és az energiafelhasználásban részt vevő idegsejt populációkban (38), és amelyben táplálkozási szabályozást láttunk. A PVN-en belüli Tmem18-expresszáló idegsejtek karakterét még meg kell határozni. Továbbá a különböző zavarok jellege (csíravonal-veszteség a Tmem18 tm1a-ban és az AAV sztereotaktikus injekcióval történő bejuttatása) valószínűleg azt jelenti, hogy a PVN idegsejt populáció, amely a null egerekben elvesztette a Tmem18 expressziót, nem feltétlenül ugyanaz a populáció, amely túltermelt a sztereotaktikusan vezérelt AAV-tanulmány. Sajnos sikertelenül próbáltuk megtenni az siRNS-t és a Cre-t a Tmem18 szelektív leütéséhez és/vagy törléséhez a PVN-ben, az ígéretes in vitro előzetes vizsgálatok ellenére. A jövőben a specifikus anatómiai Cre-meghajtókkal rendelkező transzgénikus vonalak (pl. Sim1-Cre, Agrp-Cre) hasznosak lehetnek a TMEM18 szerepének további körvonalazásában mind a hipotalamusz magokban, mind a specifikus neuronális populációkban.

Mód

A részletes vizsgálati módszereket az SI függelék, SI módszerek tartalmazzák.

Állatok.

Minden eljárást az Egyesült Királyság Belügyminisztériumának irányelveivel összhangban hajtottak végre. Az állatokat ellenőrzött hőmérsékleten (22 ° C) és 12 órás világos, 12 órás sötét időtartamban tartottuk (világít 700–1900).