Efeito da suplementação dietética com cálcio sobre a plasticidade ontogenética no modelo de superalimentação pós-natal

A obesidade está relacionada com o desenvolvimento da diabetes, estresse oxidativo, esteatose hepática, alteração da sensibilidade hormonal e redução da capacidade termogênica pelo tecido adiposo marrom (TAM). Na obesidade, alterações do sistema dopaminérgico mesocorticolímbico podem levar ao vício por alimentos palatáveis. Todas estas características contribuem para o baixo gasto energético e o alto consumo alimentar. Para estudar os efeitos em longo prazo da obesidade infantil, utilizamos o modelo de redução do tamanho da ninhada. Para induzir a superalimentação neonatal, o tamanho da ninhada foi reduzido para 3 filhotes machos de PN3 21 (grupo SL). O grupo controle permaneceu com 10 filhotes (grupo NL). Em PN120, o grupo SL foi dividido em: SL que recebeu ração controle e SL-Ca que recebeu dieta controle suplementada com 10g/kg de CaCO3. Os sacrifícios ocorreram em PN120 e PN180. Durante todo o período experimental, avaliamos o consumo alimentar e peso corporal. Em PN175, avaliamos a preferência alimentar dos animais por uma dieta rica em açúcar ou em lipídio. Avaliamos os hormônios por ELISA, RIA e quimioluminescência; o conteúdo proteico por Western blotting no fígado, tecido adiposo branco (TAB) e marrom (TAM), adrenal e regiões cerebrais; as atividades enzimáticas no soro e no fígado por cinética enzimática. Em PN21, PN120 e PN180, avaliamos in vivo a atividade simpática do TAM. Ao desmame, os ratos SL apresentaram maior estado pró-oxidativo no fígado e plasma e menor sensibilidade às catecolaminas no TAB. Na idade adulta, a suplementação é capaz de melhorar o estado pró-oxidativo no fígado e plasma, a sensibilidade à insulina e a microesteatose no fígado. Tanto a alteração de metabolismo/ação da vitamina D e do glicocorticóide no tecido adiposo como a menor capacidade termogênica do TAM contribuem para a maior adiposidade dos animais do grupo SL. A suplementação com cálcio corrigiu parte dessas alterações. A superalimentação pós-natal levou a redução da via dopaminérgica e a maior preferencia por gordura, enquanto a suplementação com cálcio normalizou esta via apenas a nível hipotalâmico e corrigiu a preferência alimentar. Nossos dados destacam o impacto benéfico da suplementação dietética com cálcio, que pode ter um papel nutricional promissor para auxiliar a perda de peso e minimizar os distúrbios relacionados a obesidade e a síndrome metabólica dos animais obesos que foram superalimentados na lactação.

Photoperiodic regulation in energy intake, thermogenesis and body mass in root voles (Microtus oeconomus)

The present study was designed to examine whether photoperiod alone was effective to induce seasonal regulations in physiology in root voles (Microtus oeconomus) from the Qinghai-Tibetan plateau noted for its extreme cold environment. Root voles were randomly assigned into either long photoperiod (LD; 16L: 8D) or short photoperiod (SD; 8L: 16D) for 4 weeks at constant temperature (20 degrees C). At the end of acclimation, SD voles showed lower body mass and body fat coupled with higher energy intake than LD voles. SD greatly enhanced thermogenic capacities in root voles, as indicated by elevated basal metabolic rate (BMR), nonshivering thermogenesis (NST), mitochondrial protein content and uncoupling protein-1 (UCP1) content in brown adipose tissue (BAT). Although no variations in serum leptin levels were found between SD and LD voles, serum leptin levels were positively correlated with body mass and body fat mass, and negatively correlated with energy intake and UCP1 content in BAT, respectively. To summarize, SD alone is effective in inducing higher thermogenic capacities and energy intake coupled with lower body mass and body fat mass in root voles. Leptin is potentially involved in the photoperiod induced body mass regulation and thermogenesis in root voles. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

高原鼠兔(Ochotona curzoniae)在生长发育过程中体温、热代谢和褐色脂肪组织(BAT)的变化

本文研究了栖息在高寒地区的高原鼠兔(Ochotona curzoniae)的体温、热代谢和肩胛部BAT随个体发育的变化，讨论了高原鼠兔热代谢发育特征及发育策略。结果表明新生个体具有初步的热调节能力，但环境温度变化时，还不能维持稳定的体温。体重为12.5克的幼体（约1－3日龄），其最低代谢离为3.028(mlO_2/g·h)，相对于Kleiber期望值的百分率为167％，热传导率为0.518(mlO_2/g·h· ℃)，相对于Bradley-Deavers期望值的百分率为200％，热中性区下临界温度为32.7 ℃。随着个体的发育，最低代谢率趋于下降，但其相对于Kleiber期望值的百分率在体重增长到大约90克前，趋于增加，其后才略有下降，热传导率及其相对于Bradley-Deavers期望值的百分率和热中性区的下临界温度随个体的发育趋于降低。所以在各环境温度下，高原鼠兔的体温随着个体发育表现出上升的变化。高原鼠兔BAT在整个发育时期都存在。刚出生时BAT发达，相对重量高，结构成熟，BAT细胞充满小而多的脂肪滴，线粒分布致密。随着个体发育，BAT相对重量和水分含量均迅速降低，结构呈退化趋势。高原鼠兔幼体主要利用小气候环境和BAT产热抵抗低温压力，高原鼠兔热调节发育的特征和对小气候环境的利用有利于减少体温调节耗能，促进生长发育。而发育到成体时，最低代谢率和热传导率对其期望值的偏离反映出高原鼠兔对西息环境的适应。另外，高原鼠兔通过行为热调节对生理调节加以补充。

Recent advances in thermoregulation

Thermoregulation is the maintenance of a relatively constant core body temperature. Humans normally maintain a body temperature at 37°C, and maintenance of this relatively high temperature is critical to human survival. This concept is so important that control of thermoregulation is often the principal example cited when teaching physiological homeostasis. A basic understanding of the processes underpinning temperature regulation is necessary for all undergraduate students studying biology and biology-related disciplines, and a thorough understanding is necessary for those students in clinical training. Our aim in this review is to broadly present the thermoregulatory process taking into account current advances in this area. First, we summarize the basic concepts of thermoregulation and subsequently assess the physiological responses to heat and cold stress, including vasodilation and vasoconstriction, sweating, nonshivering thermogenesis, piloerection, shivering, and altered behavior. Current research is presented concerning the body's detection of thermal challenge, peripheral and central thermoregulatory control mechanisms, including brown adipose tissue in adult humans and temperature transduction by the relatively recently discovered transient receptor potential channels. Finally, we present an updated understanding of the neuroanatomic circuitry supporting thermoregulation.

Mitochondrial uncoupling prevents cold-induced oxidative stress: a case study using UCP1 knockout mice.

The relationship between metabolism and reactive oxygen species (ROS) production by the mitochondria has often been (wrongly) viewed as straightforward, with increased metabolism leading to higher generation of pro-oxidants. Insights into mitochondrial functioning show that oxygen consumption is principally coupled with either energy conversion as ATP or as heat, depending on whether the ATP-synthase or the mitochondrial uncoupling protein 1 (UCP1) is driving respiration. However, these two processes might greatly differ in terms of oxidative costs. We used a cold challenge to investigate the oxidative stress consequences of an increased metabolism achieved either by the activation of an uncoupled mechanism (i.e. UCP1 activity) in the brown adipose tissue (BAT) of wild-type mice or by ATP-dependent muscular shivering thermogenesis in mice deficient for UCP1. Although both mouse strains increased their metabolism by more than twofold when acclimatised for 4 weeks to moderate cold (12°C), only mice deficient for UCP1 suffered from elevated levels of oxidative stress. When exposed to cold, mice deficient for UCP1 showed an increase of 20.2% in plasmatic reactive oxygen metabolites, 81.8% in muscular oxidized glutathione and 47.1% in muscular protein carbonyls. In contrast, there was no evidence of elevated levels of oxidative stress in the plasma, muscles or BAT of wild-type mice exposed to cold despite a drastic increase in BAT activity. Our study demonstrates differing oxidative costs linked to the functioning of two highly metabolically active organs during thermogenesis, and advises careful consideration of mitochondrial functioning when investigating the links between metabolism and oxidative stress.

GLUT4, AMP kinase, but not the insulin receptor, are required for hepatoportal glucose sensor-stimulated muscle glucose utilization.

Recent evidence suggests the existence of a hepatoportal vein glucose sensor, whose activation leads to enhanced glucose use in skeletal muscle, heart, and brown adipose tissue. The mechanism leading to this increase in whole body glucose clearance is not known, but previous data suggest that it is insulin independent. Here, we sought to further determine the portal sensor signaling pathway by selectively evaluating its dependence on muscle GLUT4, insulin receptor, and the evolutionarily conserved sensor of metabolic stress, AMP-activated protein kinase (AMPK). We demonstrate that the increase in muscle glucose use was suppressed in mice lacking the expression of GLUT4 in the organ muscle. In contrast, glucose use was stimulated normally in mice with muscle-specific inactivation of the insulin receptor gene, confirming independence from insulin-signaling pathways. Most importantly, the muscle glucose use in response to activation of the hepatoportal vein glucose sensor was completely dependent on the activity of AMPK, because enhanced hexose disposal was prevented by expression of a dominant negative AMPK in muscle. These data demonstrate that the portal sensor induces glucose use and development of hypoglycemia independently of insulin action, but by a mechanism that requires activation of the AMPK and the presence of GLUT4.

Impact de l'haploinsuffisance du gène Sim1 sur le développement et la fonction du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus

L’obésité provient d’un déséquilibre de l’homéostasie énergétique, c’est-à-dire une augmentation des apports caloriques et/ou une diminution des dépenses énergétiques. Plusieurs données, autant anatomiques que physiologiques, démontrent que l’hypothalamus est un régulateur critique de l’appétit et des dépenses énergétiques. En particulier, le noyau paraventriculaire (noyau PV) de l’hypothalamus intègre plusieurs signaux provenant du système nerveux central (SNC) et/ou de la périphérie, afin de contrôler l’homéostasie énergétique via des projections axonales sur les neurones pré-ganglionnaires du système autonome situé dans le troc cérébral et la moelle épinière. Plusieurs facteurs de transcription, impliqués dans le développement du noyau PV, ont été identifiés. Le facteur de transcription SIM1, qui est produit par virtuellement tous les neurones du noyau PV, est requis pour le développement du noyau PV. En effet, lors d’une étude antérieure, nous avons montré que le noyau PV ne se développe pas chez les souris homozygotes pour un allèle nul de Sim1. Ces souris meurent à la naissance, probablement à cause des anomalies du noyau PV. Par contre, les souris hétérozygotes survivent, mais développent une obésité précoce. De façon intéressante, le noyau PV des souris Sim1+/- est hypodéveloppé, contenant 24% moins de cellules. Ces données suggèrent fortement que ces anomalies du développement pourraient perturber le fonctionnement du noyau PV et contribuer au développement du phénotype d’obésité. Dans ce contexte, nous avons entrepris des travaux expérimentaux ayant pour but d’étudier l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur : 1) le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) l’homéostasie énergétique; et 3) les voies neuronales physiologiques contrôlant l’homéostasie énergétique chez les souris Sim1+/-. A cette fin, nous avons utilisé : 1) des injections stéréotaxiques combinées à des techniques d’immunohistochimie afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) le paradigme des apports caloriques pairés, afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur l’homéostasie énergétique; et 3) une approche pharmacologique, c’est-à-dire l’administration intra- cérébroventriculaire (i.c.v.) et/ou intra-péritonéale (i.p.) de peptides anorexigènes, la mélanotane II (MTII), la leptine et la cholécystokinine (CCK), afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur les voies neuronales contrôlant l’homéostasie énergétique. Dans un premier temps, nous avons constaté une diminution de 61% et de 65% de l’expression de l’ARN messager (ARNm) de l’ocytocine (Ot) et de l’arginine-vasopressine (Vp), respectivement, chez les embryons Sim1+/- de 18.5 jours (E18.5). De plus, le nombre de cellules produisant l’OT et la VP est apparu diminué de 84% et 41%, respectivement, chez les souris Sim1+/- adultes. L’analyse du marquage axonal rétrograde des efférences du noyau PV vers le tronc cérébral, en particulier ses projections sur le noyau tractus solitaire (NTS) aussi que le noyau dorsal moteur du nerf vague (X) (DMV), a permis de démontrer une diminution de 74% de ces efférences. Cependant, la composition moléculaire de ces projections neuronales reste inconnue. Nos résultats indiquent que l’haploinsuffisance de Sim1 : i) perturbe spécifiquement le développement des cellules produisant l’OT et la VP; et ii) abolit le développement d’une portion importante des projections du noyau PV sur le tronc cérébral, et notamment ses projections sur le NTS et le DMV. Ces observations soulèvent donc la possibilité que ces anomalies du développement du noyau PV contribuent au phénotype d’hyperphagie des souris Sim1+/-. En second lieu, nous avons observé que la croissance pondérale des souris Sim1+/- et des souris Sim1+/+ n’était pas significativement différente lorsque la quantité de calories présentée aux souris Sim1+/- était la même que celle consommée par les souris Sim1+/+. De plus, l’analyse qualitative et quantitative des tissus adipeux blancs et des tissus adipeux bruns n’a démontré aucune différence significative en ce qui a trait à la taille et à la masse de ces tissus chez les deux groupes. Finalement, au terme de ces expériences, les souris Sim1+/--pairées n’étaient pas différentes des souris Sim1+/+ en ce qui a trait à leur insulinémie et leur contenu en triglycérides du foie et des masses adipeuses, alors que tous ces paramètres étaient augmentés chez les souris Sim1+/- nourries ad libitum. Ces résultats laissent croire que l’hyperphagie, et non une diminution des dépenses énergétiques, est la cause principale de l’obésité des souris Sim1+/-. Par conséquent, ces résultats suggèrent que : i) l’haploinsuffisance de Sim1 est associée à une augmentation de l’apport calorique sans toutefois moduler les dépenses énergétiques; ii) l’existence d’au moins deux voies neuronales issues du noyau PV : l’une qui régule la prise alimentaire et l’autre la thermogénèse; et iii) l’haploinsuffisance de Sim1 affecte spécifiquement la voie neuronale qui régule la prise alimentaire. En dernier lieu, nous avons montré que l’injection de MTII, de leptine ainsi que de CCK induit une diminution significative de la consommation calorique des souris des deux génotypes, Sim1+/+ et Sim1+/-. De fait, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 37% et de 51%, respectivement, durant les 4 heures suivant l’administration i.p. de MTII comparativement à l’administration d’une solution saline. Lors de l’administration i.c.v. de la leptine, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 47% et de 32%, respectivement. Finalement, l’injection i.p. de CCK diminue la consommation calorique des souris Sim1+/- et Sim1+/+ de 52% et de 36%, respectivement. L’ensemble des résultats suggère ici que l’haploinsuffisance de Sim1 diminue l’activité de certaines voies neuronales régulant l’homéostasie énergétique, et particulièrement de celles qui contrôlent la prise alimentaire. En résumé, ces travaux ont montré que l’haploinsuffisance de Sim1 affecte plusieurs processus du développement au sein du noyau PV. Ces anomalies du développement peuvent conduire à des dysfonctions de certains processus physiologiques distincts régulés par le noyau PV, et notamment de la prise alimentaire, et contribuer ainsi au phénotype d’obésité. Les souris hétérozygotes pour le gène Sim1 représentent donc un modèle animal unique, où l’hyperphagie, et non les dépenses énergétiques, est la principale cause de l’obésité. En conséquence, ces souris pourraient représenter un modèle expérimental intéressant pour l’étude des mécanismes cellulaires et moléculaires en contrôle de la prise alimentaire.

Monoacylglycerol, alpha/beta-hydrolase domain-6, and the regulation of insulin secretion and energy metabolism

Le cycle glycérolipides/acides gras libres (GL/FFA) est une voie métabolique clé qui relie le métabolisme du glucose et des acides gras et il est composé de deux processus métaboliques appelés lipogenèse et lipolyse. Le cycle GL/FFA, en particulier la lipolyse des triglycérides, génère diverses molécules de signalisation pour réguler la sécrétion d'insuline dans les cellules bêta pancréatiques et la thermogenèse non-frissonnante dans les adipocytes. Actuellement, les lipides provenant spécifiquement de la lipolyse impliqués dans ce processus sont mal connus. L’hydrolyse des triglycérides dans les cellules β est réalisée par les actions successives de la triglycéride lipase adipocytaire pour produire le diacylglycérol, ensuite par la lipase hormono-sensible pour produire le monoacylglycérol (MAG) et enfin par la MAG lipase (MAGL) qui relâche du glycerol et des acides gras. Dans les cellules bêta, la MAGL classique est très peu exprimée et cette étude a démontré que l’hydrolyse de MAG dans les cellules β est principalement réalisée par l'α/β-Hydrolase Domain-6 (ABHD6) nouvellement identifiée. L’inhibition d’ABHD6 par son inhibiteur spécifique WWL70, conduit à une accumulation des 1-MAG à longues chaines saturées à l'intérieur des cellules, accompagnée d’une augmentation de la sécrétion d'insuline stimulée par le glucose (GSIS). Baisser les niveaux de MAG en surexprimant ABHD6 dans la lignée cellulaire bêta INS832/13 réduit la GSIS, tandis qu’une augmentation des niveaux de MAG par le « knockdown » d’ABHD6 améliore la GSIS. L'exposition aiguë des monoacylglycérols exogènes stimule la sécrétion d'insuline de manière dose-dépendante et restaure la GSIS supprimée par un inhibiteur de lipases appelé orlistat. En outre, les souris avec une inactivation du gène ABHD6 dans tous les tissus (ABHD6-KO) et celles avec une inactivation du gène ABHD6 spécifiquement dans la cellule β présentent une GSIS stimulée, et leurs îlots montrent une augmentation de la production de monoacylglycérol et de la sécrétion d'insuline en réponse au glucose. L’inhibition d’ABHD6 chez les souris diabétiques (modèle induit par de faibles doses de streptozotocine) restaure la GSIS et améliore la tolérance au glucose. De plus, les résultats montrent que les MAGs non seulement améliorent la GSIS, mais potentialisent également la sécrétion d’insuline induite par les acides gras libres ainsi que la sécrétion d’insuline induite par divers agents et hormones, sans altération de l'oxydation et l'utilisation du glucose ainsi que l'oxydation des acides gras. Nous avons démontré que le MAG se lie à la protéine d’amorçage des vésicules appelée Munc13-1 et l’active, induisant ainsi l’exocytose de l'insuline. Sur la base de ces observations, nous proposons que le 1-MAG à chaines saturées agit comme facteur de couplage métabolique pour réguler la sécrétion d'insuline et que ABHD6 est un modulateur négatif de la sécrétion d'insuline. En plus de son rôle dans les cellules bêta, ABHD6 est également fortement exprimé dans les adipocytes et son niveau est augmenté avec l'obésité. Les souris dépourvues globalement d’ABHD6 et nourris avec une diète riche en gras (HFD) montrent une faible diminution de la prise alimentaire, une diminution du gain de poids corporel et de la glycémie à jeun et une amélioration de la tolérance au glucose et de la sensibilité à l'insuline et ont une activité locomotrice accrue. En outre, les souris ABHD6-KO affichent une augmentation de la dépense énergétique et de la thermogenèse induite par le froid. En conformité avec ceci, ces souris présentent des niveaux élevés d’UCP1 dans les adipocytes blancs et bruns, indiquant le brunissement des adipocytes blancs. Le phénotype de brunissement est reproduit dans les souris soit en les traitant de manière chronique avec WWL70 (inhibiteur d’ABHD6) ou des oligonucléotides anti-sense ciblant l’ABHD6. Les tissus adipeux blanc et brun isolés de souris ABHD6-KO montrent des niveaux très élevés de 1-MAG, mais pas de 2-MAG. L'augmentation des niveaux de MAG soit par administration exogène in vitro de 1-MAG ou par inhibition ou délétion génétique d’ABHD6 provoque le brunissement des adipocytes blancs. Une autre évidence indique que les 1-MAGs sont capables de transactiver PPARα et PPARγ et que l'effet de brunissement induit par WWL70 ou le MAG exogène est aboli par les antagonistes de PPARα et PPARγ. L’administration in vivo de l’antagoniste de PPARα GW6471 à des souris ABHD6-KO inverse partiellement les effets causés par l’inactivation du gène ABHD6 sur le gain de poids corporel, et abolit l’augmentation de la thermogenèse, le brunissement du tissu adipeux blanc et l'oxydation des acides gras dans le tissu adipeux brun. L’ensemble de ces observations indique que ABHD6 régule non seulement l’homéostasie de l'insuline et du glucose, mais aussi l'homéostasie énergétique et la fonction des tissus adipeux. Ainsi, 1-MAG agit non seulement comme un facteur de couplage métabolique pour réguler la sécrétion d'insuline en activant Munc13-1 dans les cellules bêta, mais régule aussi le brunissement des adipocytes blancs et améliore la fonction de la graisse brune par l'activation de PPARα et PPARγ. Ces résultats indiquent que ABHD6 est une cible prometteuse pour le développement de thérapies contre l'obésité, le diabète de type 2 et le syndrome métabolique.

Effect of maternal protein restriction during pregnancy and postweaning high-fat feeding of diet-induced thermogenesis in adult mouse offspring

Purpose Prenatal undernutrition followed by postweaning feeding of a high-fat diet results in obesity in the adult offspring. In this study, we investigated whether diet-induced thermogenesis is altered as a result of such nutritional mismatch. Methods Female MF-1 mice were fed a normal protein (NP, 18 % casein) or a protein-restricted (PR, 9 % casein) diet throughout pregnancy and lactation. After weaning, male offspring of both groups were fed either a high-fat diet (HF; 45 % kcal fat) or standard chow (C, 7 % kcal fat) to generate the NP/C, NP/HF, PR/C and PR/HF adult offspring groups (n = 7–11 per group). Results PR/C and NP/C offspring have similar body weights at 30 weeks of age. Postweaning HF feeding resulted in significantly heavier NP/HF offspring (P < 0.01), but not in PR/HF offspring, compared with their chow-fed counterparts. However, the PR/HF offspring exhibited greater adiposity (P < 0.01) v the NP/HF group. The NP/HF offspring had increased energy expenditure and increased mRNA expression of uncoupling protein-1 and β-3 adrenergic receptor in the interscapular brown adipose tissue (iBAT) compared with the NP/C mice (both at P < 0.01). No such differences in energy expenditure and iBAT gene expression were observed between the PR/HF and PR/C offspring. Conclusions These data suggest that a mismatch between maternal diet during pregnancy and lactation, and the postweaning diet of the offspring, can attenuate diet-induced thermogenesis in the iBAT, resulting in the development of obesity in adulthood.

Hypothalamic Actions of Tumor Necrosis Factor alpha Provide the Thermogenic Core for the Wastage Syndrome in Cachexia

TNF alpha is an important mediator of catabolism in cachexia. Most of its effects have been characterized in peripheral tissues, such as skeletal muscle and fat. However, by acting directly in the hypothalamus, TNF alpha can activate thermogenesis and modulate food intake. Here we show that high concentration TNF alpha in the hypothalamus leads to increased O(2) consumption/CO(2) production, increased body temperature, and reduced caloric intake, resulting in loss of body mass. Most of the thermogenic response is produced by beta 3-adrenergic signaling to the brown adipose tissue (BAT), leading to increased BAT relative mass, reduction in BAT lipid quantity, and increased BAT mitochondria density. The expression of proteins involved in BAT thermogenesis, such as beta 3-adrenergic receptor, peroxisomal proliferator-activated receptor-gamma coactivator-1 alpha, and uncoupling protein-1, are increased. In the hypothalamus, TNF alpha produces reductions in neuropeptide Y, agouti gene-related peptide, proopiomelanocortin, and melanin-concentrating hormone, and increases CRH and TRH. The activity of the AMP-activated protein kinase signaling pathway is also decreased in the hypothalamus of TNF alpha-treated rats. Upon intracerebroventricular infliximab treatment, tumor-bearing and septic rats present a significantly increased survival. In addition, the systemic inhibition of beta 3-adrenergic signaling results in a reduced body mass loss and increased survival in septic rats. These data suggest hypothalamic TNF alpha action to be important mediator of the wastage syndrome in cachexia. (Endocrinology 151: 683-694, 2010)

Deletion of Tumor Necrosis Factor-alpha Receptor 1 (TNFR1) Protects against Diet-induced Obesity by Means of Increased Thermogenesis

In diet-induced obesity, hypothalamic and systemic inflammatory factors trigger intracellular mechanisms that lead to resistance to the main adipostatic hormones, leptin and insulin. Tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) is one of the main inflammatory factors produced during this process and its mechanistic role as an inducer of leptin and insulin resistance has been widely investigated. Most of TNF-alpha inflammatory signals are delivered by TNF receptor 1 (R1); however, the role played by this receptor in the context of obesity-associated inflammation is not completely known. Here, we show that TNFR1 knock-out (TNFR1 KO) mice are protected from diet-induced obesity due to increased thermogenesis. Under standard rodent chow or a high-fat diet, TNFR1 KO gain significantly less body mass despite increased caloric intake. Visceral adiposity and mean adipocyte diameter are reduced and blood concentrations of insulin and leptin are lower. Protection from hypothalamic leptin resistance is evidenced by increased leptin-induced suppression of food intake and preserved activation of leptin signal transduction through JAK2, STAT3, and FOXO1. Under the high-fat diet, TNFR1 KO mice present a significantly increased expression of the thermogenesis-related neurotransmitter, TRH. Further evidence of increased thermogenesis includes increased O(2) consumption in respirometry measurements, increased expressions of UCP1 and UCP3 in brown adipose tissue and skeletal muscle, respectively, and increased O(2) consumption by isolated skeletal muscle fiber mitochondria. This demonstrates that TNF-alpha signaling through TNFR1 is an important mechanism involved in obesity-associated defective thermogenesis.

Sleep deprivation of rats: The hyperphagic response is real

Study Objectives: Chronic sleep deprivation of rats causes hyperphagia without body weight gain. Sleep deprivation hyperphagia is prompted by changes in pathways governing food intake; hyperphagia may be adaptive to sleep deprivation hypermetabolism. A recent paper suggested that sleep deprivation might inhibit ability of rats to increase food intake and that hyperphagia may be an artifact of uncorrected chow spillage. To resolve this, a palatable liquid diet (Ensure) was used where spillage is insignificant. Design: Sleep deprivation of male Sprague Dawley rats was enforced for 10 days by the flowerpot/platform paradigm. Daily food intake and body weight were measured. On day 10, rats were transcardially perfused for analysis of hypothalamic mRNA expression of the orexigen, neuropeptide Y (NPY). Setting: Morgan State University, sleep deprivation and transcardial perfusion; University of Maryland, NPY in situ hybridization and analysis. Measurements and Results: Using a liquid diet for accurate daily measurements, there was no change in food intake in the first 5 days of sleep deprivation. Importantly, from days 6-10 it increased significantly, peaking at 29% above baseline. Control rats steadily gained weight but sleep-deprived rats did not. Hypothalamic NPY mRNA levels were positively correlated to stimulation of food intake and negatively correlated with changes in body weight. Conclusion: Sleep deprivation hyperphagia may not be apparent over the short term (i.e., <= 5 days), but when extended beyond 6 days, it is readily observed. The timing of changes in body weight and food intake suggests that the negative energy balance induced by sleep deprivation prompts the neural changes that evoke hyperphagia.

Mitochondrial ion transport pathways: Role in metabolic diseases

Mitochondria are the central coordinators of energy metabolism and alterations in their function and number have long been associated with metabolic disorders such as obesity, diabetes and hyperlipidemias. Since oxidative phosphorylation requires an electrochemical gradient across the inner mitochondrial membrane, ion channels in this membrane certainly must play an important role in the regulation of energy metabolism. However, in many experimental settings, the relationship between the activity of mitochondrial ion transport and metabolic disorders is still poorly understood. This review briefly summarizes some aspects of mitochondrial H(+) transport (promoted by uncoupling proteins, UCPs). Ca(2+) and K(+) uniporters which may be determinant in metabolic disorders. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Efficiency of intermittent exercise on adiposity and fatty liver in rats fed with high-fat diet

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Hypothalamic melanin-concentrating hormone is induced by cold exposure and participates in the control of energy expenditure in rats

Short-term cold exposure of homeothermic animals leads to higher thermogenesis and food consumption accompanied by weight loss. An analysis of cDNA-macroarray was employed to identify candidate mRNA species that encode proteins involved in thermogenic adaptation to cold. A cDNA-macroarray analysis, confirmed by RT-PCR, immunoblot, and RIA, revealed that the hypothalamic expression of melanin-concentrating hormone (MCH) is enhanced by exposure of rats to cold environment. The blockade of hypothalamic MCH expression by antisense MCH oligonucleotide in cold-exposed rats promoted no changes in feeding behavior and body temperature. However, MCH blockade led to a significant drop in body weight, which was accompanied by decreased liver glycogen, increased relative body fat, increased absolute and relative interscapular brown adipose tissue mass, increased uncoupling protein 1 expression in brown adipose tissue, and increased consumption of lean body mass. Thus, increased hypothalamic MCH expression in rats exposed to cold may participate in the process that allows for efficient use of energy for heat production during thermogenic adaptation to cold.