Клетки, подобные адипоцитам коричневого жира, в WAT могут быть сгенерированы воздействием холода или β-adrenergic стимуляцией у грызунов. Мы установили, что miR-196a индуцирует функциональные коричневые адипоциты в WAT у мышей. miR-196a усиливает свою активность в клетках предшественниках WAT во время адипогенеза коричневого жира, индуцированного холодом или β-adrenergic стимуляцией. miR-196a необходима для экспрессии гена коричневого жира и достаточна для индукции метаболически функциональных клеток, подобных коричневым адипоцитам у мышей. Геном мишенью для miR-196a является Hoxc8, который относится к генам белого жира с ранее неустановленной ролью в адипогенезе. Hoxc8 непосредственно нацелен и репрессирует C/EBPβ, ген мастер переключения на адипогенез коричневого жира. Т.о., путь miR-196a-Hoxc8-C/EBPβ лежит в основе коричневого адипогенеза в WAT (Figure 8) и может быть терапевтической мишенью ожирения и типа 2 диабета.



Figure 8. A schematic of miR-196a-regulated brown adipogenesis of WAT-progenitor cells.

Cold temperatures or Я3-adrenergic stimulations induce miR-196a in the WAT-resident progenitor cells in mice. miR-196a post-transcriptionally suppress Hoxc8, which is one of the white-fat genes. The direct target of Hoxc8 is C/EBPЯ, a master switch of brown adipogenesis that provokes brown fat gene program in the WAT-progenitor cells.

Выяснение молекулярного механизма, регулирующего адипогенез коричневого жира в WAT является важным с биологической и клинической точки зрения. Недавние исследования открыли существование клеток предшественников WAT, которые обладают потенциалом дифференцироваться в коричневые адипоциты [16],[21]-[22],[36]. Молекулярный механизм, лежащий в основе индуцибельного коричневого адипогенеза в WAT довольно мало известен, но недавние исследования установили важность cyclooxygenase-2 [36]-[37] и Prdm16 [38]. C/EBPβ является важным регулятором генетической программы коричневого жира [23],[39]-[41], но играет ли C/EBPβ важную роль в индуцибельном коричневом адипогенезе не совсем ясно. Мы установили, что miR-196a супрессирует Hoxc8, дерепрессируя тем самым C/EBPβ, это ведет к активации программы генов коричневого жира. Наши находки указывают на значение C/EBPβ не только в обычном адипогенезе коричневого жира, но и также при индуцибельном коричневом адипогенезе в WAT.

Клеточный источник индуцибельных клеток, подобных коричневым адипоцитам в WAT является важным вопросом. Трансдифференцировка является важным механизмом, который, как полагают, вносит вклад в рекрутирование коричневых адипоцитов в WAT [42]-[43]. Поскольку увеличение Ucp1 мРНК обнаруживается спустя несколько часов после холодовой стимуляции [1],[31], а in vitro дифференцировка SVF клеток более длительный процесс, поэтому трансдифференцировка может играть существенную роль в быстрой реакции на стимуляцию. Важные вопросы, каков относительный вклад трансдифференцировки и механизма, обусловленного клетками предшественниками, в рекрутирование коричневых адипоцитов в ходе разных фаз после экспозиции холода и физиологической регуляции энергии.

miRNAs регулируют генные сети, лежащие в основе различных физиологических и патологических феноменов, и могут быть терапевтическими мишенями [18]-[19],[44]-[46]. miR-196a участвует in vitro в дифференцировке остеобластов из клеток жировых предшественников у человека, где miR-196a супрессирует Hoxc8 [47], но значение in vivo оставалось неизвестным. Мы установили, что miR-196a индуцируется в клетках предшественниках WAT после индукции коричневого адипогенеза, и необходима для индукции экспрессии генов коричневого жира и достаточна для индукции метаболически функциональных клеток, подобных коричневым адипоцитам в WAT.

Наши наблюдения показывают, что miR-196a оказывает лишь умеренный, если вообще, эффект на iBAT. Эндогенная экспрессия Hoxc8 и miR-196a была значительно ниже в iBAT, чем в ingWAT и epiWAT. Принудительная экспрессия miR-196a у мышей не давала ощутимых эффектов в iBAT. Обработка мышей с помощью агонистов β3-adrenergic рецептора обычно ведет к значительно более умеренной индукции экспрессии Ucp1 в iBAT, чем в отложениях WAT. Хотя первичные культуры коричневых адипоцитов из iBAT высоко чувствительны к β3-adrenergic активации [1], умеренная, но достоверная индукция Ucp1 была описана в iBAT в ответ на β3-adrenoreceptor агонисты in vivo [48]. Довольно умеренная реакция в iBAT на агонист β3-adrenergic рецептора сравнимая с таковой в подкожной и висцеральной WAT, была описана и в др. исследованиях [16],[43],[49]. Эти результаты показывают, что разные аппараты регулируют рекрутирование коричневых адипоцитов в iBAT, ранее это было предположено Petrovic et al. [21].

Ряд miRNAs функционирует в качестве молекулярных переключателей [46],[50]-[53], и дальнейшее выяснение, как miRNAs влияют на физиологический результат (output) может помочь лучше понять и клинически использовать miRNAs.

Значение разных паттернов экспрессии Hox генов между BAT и WAT неизвестно [10]-[12]. Мы продемонстрировали, что Hoxc8 функционирует как важный детерминант клона белого жира и негативно регулирует индукцию коричневого адипогенеза в клетках предшественниках WAT с помощью репрессии C/EBPβ, который является мастером переключения на коричневый адипогенез [39]-[41]. Механистически, Hoxc8 непосредственно репрессирует экспрессию C/EBPβ посредством 3' регуляторной последовательности. Сходные консервативные некодирующие регуляторные элементы были описаны для гена Foxp3[54], а предыдущие исследования подтвердили, что большинство транскрипционных факторов соединяется с сайтами, иными чем промотор [20],[55]. Hoxc8 рекрутирует HDAC3, которая участвует в регуляции метаболических генов [34],[35]. Поскольку HDAC белки лишены ДНК-связывающей активности, то они рекрутируются на гены мишени посредством ассоциации с транскрипционными факторами [56]. Наши находки указывают на возможную терапевтическую эффективность ингибиторов HDAC при ожирении путем индукции коричневого адипогенеза, но необходимы дальнейшие исследования.

Индукция адипогенеза коричневого жира в WAT обладает важным терапевтическим потенциалом. Наши находки подтверждают, что путь miR-196a-Hoxc8-C/EBPβ может составлять многообещающую стратегию для решения социальных и проблем со здоровьем, вызываемых ожирением и ассоциированными болезнями.