Dietas hiperlipídicas alteram citocinas inflamatórias, adipocinas, tecido adiposo e fígado em camundongos

As dietas ricas em lipídios saturados provocam efeitos deletérios no metabolismo de glicose, secreção de adipocinas e inflamação, entretanto, outros tipos de lipídios podem modular de forma diferenciada tais efeitos. Assim, o objetivo deste trabalho foi investigar o efeito de diferentes dietas hiperlipídicas no metabolismo de carboidratos, lipídios, no tecido adiposo e no fígado. Camundongos machos C57BL/6 foram divididos em 5 grupos (n=10/grupo): animais que receberam dieta controle (standart chow, SC, 10% de lipídios, grupo controle) e animais que receberam diferentes dietas hiperlipídicas (High-fat, HF, 60% de lipídios): à base de banha de porco (lard, grupo HF-L), à base de óleo de oliva (olive oil, grupo HF-O), à base de óleo de girassol (sunflower oil, grupo HF-S) e à base de óleo de canola (canola oil, grupo HF-Ca).Os animais foram alimentados com as dietas experimentas por 10 semanas. Diariamente a ingestão alimentar era verificada e semanalmente a massa corporal foi aferida. A glicose de jejum e o teste intraperitoneal de tolerância a insulina (TITI) foram realizados uma semana antes da eutanásia. No dia da eutanásia o sangue foi coletado, o tecido adiposo e o fígado dissecados e pesados. A insulina, leptina, adiponectina, resistina, fator de necrose tumoral alfa (TNFα), interleucina-6 (IL-6), proteína quimiotática de monócitos-1 (MCP-1) e inibidor do ativador de plasminogênio-1 (PAI-1) foram dosadas por ELISA. Com os dados de insulina e glicose foi calculado o índice HOMA-IR. Os animais dos grupos HF-L e HF-O apresentaram os maiores valores de insulina, resistina, leptina e HOMA-IR em comparação aos outros grupos (P < 0,0001). No grupo HF-L, os níveis de IL-6 foram maiores quando comparados com os demais grupos (P < 0,0005), enquanto os valores de adiponectina foram os menores (P < 0,0001). A quantidade de gordura subcutânea e visceral foi maior no grupo HF-L e este grupo apresentou também um aumento no diâmetro dos adipócitos. Entretanto a relação:visceral:subcutânea foi maior nos grupos HF-L e HF-O quando comparado com os demais grupos. Além disso, houve aumento de triglicérides hepáticos e de esteatose hepática nos animais dos grupos HF-L e HF-O. Nossos achados nos permitem concluir que animais que são alimentados com dietas hiperlipídica, a distribuição do tecido adiposo, o metabolismo de carboidratos, acumulo de triglicérides hepáticos e esteatose hepática são mais influenciados pelo tipo de lipídios do que pela quantidade.

Efeitos pleiotrópicos da telmisartana nos tecidos adiposos branco e marrom: aumento da expressão gênica e proteica pan-PPAR em camundongos obesos

Receptores ativadores de proliferação perixossomal(PPARs) são fatores de transcrição envolvidos com a oxidação dos ácidos graxos e proliferação celular, mediando diversas vias, o que representa uma estratégia promissora para enfrentar as características da síndrome metabólica. Existem três isoformas de PPARs(PPARalfa, beta/delta e gama), que são diferencialmente expressos em diferentes tecidos.No presente estudo, objetivou-se avaliar os efeitos pleiotrópicos da telmisartana, um anti-hipertensivo, bloqueador do receptor AT1 da angiotensina e agonista parcial PPAR gama, no tecido adiposo branco (TAB) e marrom (TAM) em camundongos obesos induzido por dieta.Camundongos machos, da linhagem C57BL/6 foram alimentados com uma dieta padrão (standard-chow, 10% da energia proveniente de lipídios) ou com uma dieta com alto teor lipídico (high fat, 49% de energia proveniente de lipídios) durante 10 semanas. Em seguida, os animais foram distribuídos aleatoriamente em quatro grupos: SC, SC-T, HF e HF-T (n=10). O fármaco foi administrado (10mg/kg de dieta) durante 4 semanas para os grupos SC-T e HF-T.O grupo HF apresentou sobrepeso, hipertensão arterial sistêmica, perfil de adipocinas pró-inflamatórias, resistência insulínica, diminuição do gasto energético, comprometimento do metabolismo da glicose e distribuição anormal da massa adiposa. Além disso, a obesidade ocasionou diminuição da expressão de PPARalfa, beta/delta e gama noTAB e TAM, resultando na inadequação da captação de glicose e termogênese insuficiente. Por outro lado,a ativação das três isoformas de PPARs, a melhora do perfil inflamatório das adipocinas, o aumento da sensibilidade à insulina e a melhora da captação de glicose, foi vistaapós o tratamento com telmisartana. A ativação dos PPARs no TAB trouxe muitos benefícios. No TAM, resultados surpreendentes foram que a telmisartana provocou o aumento da expressão do recepetor adrenérgico beta 3 (RAβ3), induzido pela ativação de PPARbeta/delta e maior termogênese comaumento da expressão da proteína desacopladora1 (UCP1). Em conclusão, nossos resultados mostram que telmisartanaaumenta a expressão gênica e proteica PAN-PPAR no TAB e TAM em camundongos obesos induzidos por dieta. Nossas observações mostram que, apesar do grupo HF-T ter reduzido a ingestão energética, os efeitossão explicados pela ativação PAN-PPAR da telmisartana, causando a ativação da termogênese e resultando num balanço energético negativo.

Estudo da sinalização da insulina nos tecidos muscular e adiposo de ratos submetidos à desnutrição materna no início da lactação

Vários estudos sugerem que a desnutrição materna no período pós-natal poderia causar alterações na homeostase glicêmica da prole na vida adulta. Neste trabalho objetivamos investigar a interferência da programação metabólica induzida pela desnutrição protéica materna durante o início da lactação sobre a homeostase glicêmica e a sinalização da insulina nos tecidos muscular e adiposo. Animais desnutridos (D-dieta da mãe contendo 0% de proteína nos primeiros 10 dias de lactação) ou controle (C-dieta da mãe contendo 22% de proteína) foram estudados do nascimento até a vida adulta. Em resumo, observamos uma diminuição na insulina plasmática acompanhada de normoglicemia nos animais adultos desnutridos. A ativação do receptor de insulina (IR), após a estimulação com o hormônio apresentou-se diminuída durante o período de restrição protéica em músculo isolado destes animais experimentais. Durante o período da lactação, observamos uma diminuição na captação de glicose, na fosforilação do substrato para o receptor de insulina (IRS 1) e na translocação do GLUT 4 no tecido muscular. Na idade adulta, entretanto, houve aumento significativo na captação de glicose e translocação do GLUT 4 no músculo, associado com o aumento na expressão da PI3 quinase associada ao IRS 1. No tecido adiposo de ratos desnutridos adultos observamos menor fosforilação em tirosina tanto do IR quanto do IRS 1, que foi compensada pela maior ativação do IRS 2 e da PI3 quinase. Os níveis basais de pAkt e de GLUT 4 na membrana estavam aumentados, culminando em um aumento na captação de glicose. Observamos também uma redistribuição do citoesqueleto de actina e maior resistência aos efeitos da Ltrunculina B nos adipócitos dos ratos desnutridos. Em conclusão, este estudo demonstrou que a desnutrição materna no início da lactação é capaz de causar alterações na prole na vida adulta, o que parece estar relacionado com a expressão e ativação de proteínas chave na cascata da sinalização da insulina nos tecidos periféricos, importantes na regulação do metabolismo da glicose.

Efeitos transgeracionais da restrição materna de vitamina D em camundongos: rim e metabolismo da glicose

A vitamina D, atualmente, é relacionada também ao metabolismo da glicose e o desenvolvimento de órgãos. Fêmeas de camundongos suíços (F0) foram alimentadas por uma das dietas experimentais: SC (dieta padrão) ou VitD- (dieta sem vitamina D). A prole de machos foi estudada nas idades: nascimento, 10 dias, desmame e seis meses, nas gerações F1 e F2. Avaliou-se a biometria [Massa Corporal (MC), Comprimento nasoanal (CNA) e Pressão Arterial (PA)], urina de 24 horas, glicemia e Teste Oral de Tolerância à Glicose (TOTG). Durante a eutanásia, o sangue foi coletado para análise bioquímica e os tecidos foram removidos para análise estereológica, morfométrica e Western blotting (WB). Não houve diferença de MC ao nascimento. Ao desmame, o grupo F2-VitD- teve maior MC que F2-SC (P=0,03) e aos seis meses, os grupos F1 e F2-VitD- tiveram MC mais elevada (P<0,05 vs SC). A PA foi crescente na prole VitD-, sendo maior em F1-VitD- (P=0,001). A glicemia e TOTG foram alterados somente na F1-VitD-, seguida de esteatose hepática (+99%), hipertrofia da ilhota pancreática (+40%) e elevação do triglicerídeo sanguíneo (P<0,01). O WB de fígado mostrou elevação de FAS (+18%, P<0,01), no grupo com esteatose. Curiosamente, embora a F2-VitD- tenha apresentado elevação de MC, somente o colesterol total fora alterado (P<0,05). Quanto à nefrogênese, houve 50% mais glomérulos imaturos em F1-VitD- que F1-SC (P<0,0001). Porém, na F2 houve aumento somente de 20% (P<0,001). Aos 10 dias, F1-VitD- teve 150% mais glomérulos imaturos e 25% mais glomérulos maduros que SC-F1 (P<0,0001). O WB de rim mostrou que a prole F1-VitD- apresentou maior expressão de renina, ao desmame e aos seis meses, enquanto que a expressão de podocina foi reduzida (P=0,0004). Não houve diferença na análise de WT1. A restrição materna em vitamina D altera a morfologia do pâncreas e fígado, com resistência à insulina, altera a expressão renal de importantes fatores, assim como retarda a maturação glomerular estendendo o período da nefrogênese, principalmente na geração F1.

Akt signal transduction dysfunction in the 3xTg-AD mouse model of Alzheimer's disease

Alzheimer’s disease (AD) is an incurable neurodegenerative disorder, accounting for over 60% of all cases of dementia. The primary risk factor for AD is age, however several genetic and environmental factors are also involved. The pathological characteristics of AD include extracellular deposition of the beta-amyloid peptide (Aβ) and intraneuronal accumulation of neurofibrillary tangles (NFTs) made of aggregated paired helical filaments (PHFs) of the hyperphosphorylated tau protein, along with synaptic loss and neuronal death. There are numerous biochemical mechanisms involved in AD pathogenesis, however the reigning hypothesis points to toxic oligomeric Aβ species as the primary causative factor in a cascade of events leading to neuronal stress and dyshomeostasis that initiate abnormal regulation of tau. The insulin and IGF-1 receptors (IR, IGF-1R) are the primary activators of PI3- K/Akt through which they regulate cell growth, development, glucose metabolism, and learning and memory. Work in our lab and others shows increased Akt activity and phosphorylation of its downstream targets in AD brain, along with insulin and insulin-like growth factor-1 signalling (IIS) dysfunction. This is supported by studies of AD models in vivo and in vitro. Our group and others hypothesise that Aβ activates Akt through IIS to initiate a negative feedback mechanism that desensitises neurons to insulin/IGF-1, and sustains activation of Akt. In this study the functions of endogenous Akt, IR, and the insulin receptor substrate (IRS-1) were examined in relationship to Aβ and tau pathology in the 3xTg-AD mouse model, which contains three mutant human transgenes associated with familial AD or dementia. The 3xTg-AD mouse develops Aβ and tau pathology in a spatiotemporal manner that best recapitulates the progression of AD in human brain. Western blotting and immunofluorescent microscopy techniques were utilised in vivo and in vitro, to examine the relationship between IIS, Akt, and AD pathology. I first characterised in detail AD pathology in 3xTg-AD mice, where an age-related accumulation of intraneuronal Aβ and tau was observed in the hippocampal formation, amygdala, and entorhinal cortex, and at late stages (18 months), extracellular amyloid plaques and NFTs, primarily in the subiculum and the CA1 layer of the hippocampal formation. Increased activity of Akt, detected with antibody to phosphoSer473-Akt, was increased in 3xTg-AD mice compared to age-matched non-transgenic mice (non-Tg), and in direct correlation to the accumulation of Aβ and tau in neuronal somatodendritic compartments. Akt phosphorylates tau at residue Ser214 within a highly specific consensus sequence for Akt phosphorylation, and phosphoSer214-tau strongly decreases microtubule (MT) stabilisation by preventing tau-MT binding. PhosphoSer214-tau increased concomitantly with this in the same age-related and region-specific fashion. Polarisation of tau phosphorylation was observed, where PHF-1 (tauSer396/404) and phosphoSer214-tau both appeared early in 3xTg-AD mice in distinct neuronal compartments: PHF-1 in axons, and phosphoSer214-tau in neuronal soma and dendrites. At 18 months, phosphoSer214-tau strongly colocalised with NFTs positive for the PHF- 1 and AT8 (tauSer202/Thr205) phosphoepitopes. IR was decreased with age in 3xTg-AD brain and in comparison to age-matched non-Tg, and this was specific for brain regions containing Aβ, tau, and hyperactive Akt. IRS-1 was similarly decreased, and both proteins showed altered subcellular distribution. Phosphorylation of IRS-1Ser312 is a strong indicator of IIS dysfunction and insulin resistance, and was increased in 3xTg-AD mice with age and in relation to pathology. Of particular note was our observation that abberant IIS and Akt signalling in 3xTg-AD brain related to Aβ and tau pathology on a gross anatomical level, and specifically localised to the brain regions and circuitry of the perforant path. Finally, I conducted a preliminary study of the effects of synthetic Aβ oligomers on embryonic rat hippocampus neuronal cultures to support these results and those in the literature. Taken together, these novel findings provide evidence for IIS and Akt signal transduction dysfunction as the missing link between Aβ and tau pathogenesis, and contribute to the overall understanding of the biochemical mechanisms of AD.

The neural basis of naming impairments in Alzheimer's disease revealed through positron emission tomography.

The naming impairments in Alzheimer's disease (AD) have been attributed to a variety of cognitive processing deficits, including impairments in semantic memory, visual perception, and lexical access. To further understand the underlying biological basis of the naming failures in AD, the present investigation examined the relationship of various classes of naming errors to regional brain measures of cerebral glucose metabolism as measured with 18 F-Fluoro-2-deoxyglucose (FDG) and positron emission tomography (PET). Errors committed on a visual naming test were categorized according to a cognitive processing schema and then examined in relationship to metabolism within specific brain regions. The results revealed an association of semantic errors with glucose metabolism in the frontal and temporal regions. Language access errors, such as circumlocutions, and word blocking nonresponses were associated with decreased metabolism in areas within the left hemisphere. Visuoperceptive errors were related to right inferior parietal metabolic function. The findings suggest that specific brain areas mediate the perceptual, semantic, and lexical processing demands of visual naming and that visual naming problems in dementia are related to dysfunction in specific neural circuits.

Cutting edge: distinct glycolytic and lipid oxidative metabolic programs are essential for effector and regulatory CD4+ T cell subsets.

Stimulated CD4(+) T lymphocytes can differentiate into effector T cell (Teff) or inducible regulatory T cell (Treg) subsets with specific immunological roles. We show that Teff and Treg require distinct metabolic programs to support these functions. Th1, Th2, and Th17 cells expressed high surface levels of the glucose transporter Glut1 and were highly glycolytic. Treg, in contrast, expressed low levels of Glut1 and had high lipid oxidation rates. Consistent with glycolysis and lipid oxidation promoting Teff and Treg, respectively, Teff were selectively increased in Glut1 transgenic mice and reliant on glucose metabolism, whereas Treg had activated AMP-activated protein kinase and were dependent on lipid oxidation. Importantly, AMP-activated protein kinase stimulation was sufficient to decrease Glut1 and increase Treg generation in an asthma model. These data demonstrate that CD4(+) T cell subsets require distinct metabolic programs that can be manipulated in vivo to control Treg and Teff development in inflammatory diseases.

Wnt Protein Signaling Reduces Nuclear Acetyl-CoA Levels to Suppress Gene Expression during Osteoblast Differentiation.

Developmental signals in metazoans play critical roles in inducing cell differentiation from multipotent progenitors. The existing paradigm posits that the signals operate directly through their downstream transcription factors to activate expression of cell type-specific genes, which are the hallmark of cell identity. We have investigated the mechanism through which Wnt signaling induces osteoblast differentiation in an osteoblast-adipocyte bipotent progenitor cell line. Unexpectedly, Wnt3a acutely suppresses the expression of a large number of genes while inducing osteoblast differentiation. The suppressed genes include Pparg and Cebpa, which encode adipocyte-specifying transcription factors and suppression of which is sufficient to induce osteoblast differentiation. The large scale gene suppression induced by Wnt3a corresponds to a global decrease in histone acetylation, an epigenetic modification that is associated with gene activation. Mechanistically, Wnt3a does not alter histone acetyltransferase or deacetylase activities but, rather, decreases the level of acetyl-CoA in the nucleus. The Wnt-induced decrease in histone acetylation is independent of β-catenin signaling but, rather, correlates with suppression of glucose metabolism in the tricarboxylic acid cycle. Functionally, preventing histone deacetylation by increasing nucleocytoplasmic acetyl-CoA levels impairs Wnt3a-induced osteoblast differentiation. Thus, Wnt signaling induces osteoblast differentiation in part through histone deacetylation and epigenetic suppression of an alternative cell fate.