930 resultados para Brown adipose tissue
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Rats chronically cannulated in the carotid artery and the muscular branch of the femoral vein were subjected to a cold (4 °C) environment for up to 2 h. The changes in blood flow (measured with 46Sc microspheres) and arterio-venous differences in the concentrations of glucose, lactate, triacylglycerols and amino acids allowed the estimation of substrate (and energy) balances across the hindleg. Mean glucose uptake was 0.28mmol min21, mean lactate release was 0.33mmol min21 and the free fatty acid basal release of 0.31mmol min21 was practically zero upon exposure to the cold; the initial uptake of triacylglycerols gave place to a massive release following exposure. The measurement of PO·, PCO· and pH also allowed the estimation of oxygen, CO2 and bicarbonate balances and respiratory quotient changes across the hindleg. The contribution of amino acids to the energy balance of the hindleg was assumed to be low. These data were used to determine the sources of energy used to maintain muscle shivering with time. Three distinct phases were observed in hindleg substrate utilization. (1) The onset of shivering, with the use of glucose/glycogen and an increase in lactate efflux. Lipid oxidation was practically zero (respiratory quotient near 1), but the uptake of triacylglycerols from the blood remained unchanged. (2) A substrate-energy shift, with drastically decreased use of glucose/glycogen, and of lactate efflux; utilization of triacylglycerol as practically the sole source of energy (respiratory quotient approximately 0.7); decreasing uptake of triacylglycerol and increased tissue lipid mobilization. (3) The onset of a new heat-homeostasis setting for prolonged cold-exposure, with maintenance of muscle energy and heat production based on triacylglycerol utilization and efflux from the hindleg (muscle plus skin and subcutaneous adipose masses) contributing energy to help sustain heat production by the core organs and surrounding brown adipose tissue.
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PPARs are members of the nuclear hormone receptor superfamily and are primarily involved in lipid metabolism. The expression patterns of all 3 PPAR isotypes in 22 adult rat organs were analyzed by a quantitative ribonuclease protection assay. The data obtained allowed comparison of the expression of each isotype to the others and provided new insight into the less studied PPAR beta (NR1C2) expression and function. This isotype shows a ubiquitous expression pattern and is the most abundant of the three PPARs in all analyzed tissues except adipose tissue. Its expression is especially high in the digestive tract, in addition to kidney, heart, diaphragm, and esophagus. After an overnight fast, PPAR beta mRNA levels are dramatically down-regulated in liver and kidney by up to 80% and are rapidly restored to control levels upon refeeding. This tight nutritional regulation is independent of the circulating glucocorticoid levels and the presence of PPAR alpha, whose activity is markedly up-regulated in the liver and small intestine during fasting. Finally, PPAR gamma 2 mRNA levels are decreased by 50% during fasting in both white and brown adipose tissue. In conclusion, fasting can strongly influence PPAR expression, but in only a few selected tissues.
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The physiological contribution of glucose in thermoregulation is not completely established nor whether this control may involve a regulation of the melanocortin pathway. Here, we assessed thermoregulation and leptin sensitivity of hypothalamic arcuate neurons in mice with inactivation of glucose transporter type 2 (Glut2)-dependent glucose sensing. Mice with inactivation of Glut2-dependent glucose sensors are cold intolerant and show increased susceptibility to food deprivation-induced torpor and abnormal hypothermic response to intracerebroventricular administration of 2-deoxy-d-glucose compared to control mice. This is associated with a defect in regulated expression of brown adipose tissue uncoupling protein I and iodothyronine deiodinase II and with a decreased leptin sensitivity of neuropeptide Y (NPY) and proopiomelanocortin (POMC) neurons, as observed during the unfed-to-refed transition or following i.p. leptin injection. Sites of central Glut-2 expression were identified by a genetic tagging approach and revealed that glucose-sensitive neurons were present in the lateral hypothalamus, the dorsal vagal complex, and the basal medulla but not in the arcuate nucleus. NPY and POMC neurons were, however, connected to nerve terminals from Glut2-expressing neurons. Thus, our data suggest that glucose controls thermoregulation and the leptin sensitivity of NPY and POMC neurons through activation of Glut2-dependent glucose-sensing neurons located outside of the arcuate nucleus.
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Neuropeptide Y (NPY) is an abundant neurotransmitter in the brain and sympathetic nervous system (SNS). Hypothalamic NPY is known to be a key player in food intake and energy expenditure. NPY’s role in cardiovascular regulation has also been shown. In humans, a Leucine 7 to Proline 7 single nucleotide polymorphism (p.L7P) in the signal peptide of the NPY gene has been associated with traits of metabolic syndrome. The p.L7P subjects also show increased stress-related release of NPY, which suggests that more NPY is produced and released from SNS. The main objective of this study was to create a novel mouse model with noradrenergic cell-targeted overexpression of NPY, and to characterize the metabolic and vascular phenotype of this model. The mouse model was named OE-NPYDBH mouse. Overexpression of NPY in SNS and brain noradrenergic neurons led to increased adiposity without significant weight gain or increased food intake. The mice showed lipid accumulation in the liver at young age, which together with adiposity led to impaired glucose tolerance and hyperinsulinemia with age. The mice displayed stress-related increased mean arterial blood pressure, increased plasma levels of catecholamines and enhanced SNS activity measured by GDP binding activity to brown adipose tissue mitochondria. Sexual dimorphism in NPY secretion pattern in response to stress was also seen. In an experimental model of vascular injury, the OE-NPYDBH mice developed more pronounced neointima formation compared with wildtype controls. These results together with the clinical data indicate that NPY in noradrenergic cells plays an important role in the pathogenesis of metabolic syndrome and related diseases. Furthermore, new insights on the role of the extrahypothalamic NPY in the process have been obtained. The OE-NPYDBH model provides an important tool for further stress and metabolic syndrome-related studies.
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This investigation examined how the nutritional status of rats fed a low-protein diet was affected when the animals were treated with the ß-2 selective agonist clenbuterol (CL). Males (4 weeks old) from an inbred, specific-pathogen-free strain of hooded rats maintained at the Dunn Nutritional Laboratory were used in the experiments (N = 6 rats per group). CL treatment (Ventipulmin, Boehringer-Ingelheim Ltd., 3.2 mg/kg diet for 2 weeks) caused an exacerbation of the symptoms associated with protein deficiency in rats. Plasma albumin concentrations, already low in rats fed a low-protein diet (group A), were further reduced in CL rats (A = 25.05 ± 0.31 vs CL = 23.64 ± 0.30 g/l, P<0.05). Total liver protein decreased below the level seen in either pair-fed animals (group P) or animals with free access to the low-protein diet (A = 736.56 ± 26 vs CL = 535.41 ± 54 mg, P<0.05), whereas gastrocnemius muscle protein was higher than the values normally described for control (C) animals (C = 210.88 ± 3.2 vs CL = 227.14 ± 1.7 mg/g, P<0.05). Clenbuterol-treated rats also showed a reduction in growth when compared to P rats (P = 3.2 ± 1.1 vs CL = -10.2 ± 1.9 g, P<0.05). This was associated with a marked decrease in fat stores (P = 5.35 ± 0.81 vs CL = 2.02 ± 0.16 g, P<0.05). Brown adipose tissue (BAT) cytochrome oxidase activity, although slightly lower than in P rats (P = 469.96 ± 16.20 vs CL = 414.48 ± 11.32 U/BAT x kg body weight, P<0.05), was still much higher than in control rats (C = 159.55 ± 11.54 vs CL = 414.48 ± 11.32 U/BAT x kg body weight, P<0.05). The present findings support the hypothesis that an increased muscle protein content due to clenbuterol stimulation worsened amino acid availability to the liver and further reduced albumin synthesis causing exacerbation of hypoalbuminemia in rats fed a low-protein diet.
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Chemical modifications were used to identify some of the functionally important amino acid residues of the potato plant uncoupling protein (StUCP). The proton-dependent swelling of potato mitochondria in K+-acetate in the presence of linoleic acid and valinomycin was inhibited by mersalyl (Ki = 5 µM) and other hydrophilic SH reagents such as Thiolyte MB, iodoacetate and 5,5'-dithio-bis-(2-nitrobenzoate), but not by hydrophobic N-ethylmaleimide. This pattern of inhibition by SH reagents was similar to that of brown adipose tissue uncoupling protein (UCP1). As with UCP1, the arginine reagent 2,3-butadione, but not N-ethylmaleimide or other hydrophobic SH reagents, prevented the inhibition of StUCP-mediated transport by ATP in isolated potato mitochondria or with reconstituted StUCP. The results indicate that the most reactive amino acid residues in UCP1 and StUCP are similar, with the exception of N-ethylmaleimide-reactive cysteines in the purine nucleotide-binding site.
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During pregnancy and protein restriction, changes in serum insulin and leptin levels, food intake and several metabolic parameters normally result in enhanced adiposity. We evaluated serum leptin and insulin levels and their correlations with some predictive obesity variables in Wistar rats (90 days), up to the 14th day of pregnancy: control non-pregnant (N = 5) and pregnant (N = 7) groups (control diet: 17% protein), and low-protein non-pregnant (N = 5) and pregnant (N = 6) groups (low-protein diet: 6%). Independent of the protein content of the diet, pregnancy increased total (F1,19 = 22.28, P < 0.001) and relative (F1,19 = 5.57, P < 0.03) food intake, the variation of weight (F1,19 = 49.79, P < 0.000) and final body weight (F1,19 = 19.52, P < 0.001), but glycemia (F1,19 = 9.02, P = 0.01) and the relative weight of gonadal adipose tissue (F1,19 = 17.11, P < 0.001) were decreased. Pregnancy (F1,19 = 18.13, P < 0.001) and low-protein diet (F1,19 = 20.35, P < 0.001) increased the absolute weight of brown adipose tissue. However, the relative weight of this tissue was increased only by protein restriction (F1,19 = 15.20, P < 0.001) and the relative lipid in carcass was decreased in low-protein groups (F1,19 = 4.34, P = 0.05). Serum insulin and leptin levels were similar among groups and did not correlate with food intake. However, there was a positive relationship between serum insulin levels and carcass fat depots in low-protein groups (r = 0.37, P < 0.05), while in pregnancy serum leptin correlated with weight of gonadal (r = 0.39, P < 0.02) and retroperitoneal (r = 0.41, P < 0.01) adipose tissues. Unexpectedly, protein restriction during 14 days of pregnancy did not alter the serum profile of adiposity signals and their effects on food intake and adiposity, probably due to the short term of exposure to low-protein diet.
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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.
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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.
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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.
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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)
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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.
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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.
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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.
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)