Адипогенез
Адипогенез – это образование адипоцитов (жировых клеток) из стволовых клеток. [1] Он включает в себя 2 фазы: детерминацию и терминальную дифференцировку. Определением является мезенхимальные стволовые клетки, коммитирующиеся с клетками-предшественниками адипоцитов, также известными как липобласты или преадипоциты, которые теряют способность дифференцироваться в другие типы клеток, такие как хондроциты , миоциты и остеобласты . [2] Терминальная дифференциация заключается в том, что преадипоциты дифференцируются в зрелые адипоциты. Адипоциты могут возникать либо из преадипоцитов, находящихся в жировой ткани, либо из клеток-предшественников костномозгового происхождения, которые мигрируют в жировую ткань. [3]
Введение
[ редактировать ]Адипоциты играют жизненно важную роль в энергетическом гомеостазе и перерабатывают самый большой запас энергии в виде триглицерина в организме животных. [4] Адипоциты находятся в динамическом состоянии: они начинают расширяться, когда потребление энергии превышает расход, и подвергаются мобилизации, когда расход энергии превышает поступление. Этот процесс строго регулируется контррегуляторными гормонами, к которым эти клетки очень чувствительны. Гормон инсулин способствует расширению, тогда как противогормоны адреналин , глюкагон и АКТГ способствуют мобилизации. Адипогенез представляет собой строго регулируемый процесс клеточной дифференцировки, при котором мезенхимальные стволовые клетки коммитируются в преадипоциты, а преадипоциты дифференцируются в адипоциты. Клеточная дифференциация представляет собой изменение паттернов экспрессии генов, при котором экспрессия мультипотентных генов изменяется на экспрессию генов, специфичных для типа клеток. Следовательно, факторы транскрипции имеют решающее значение для адипогенеза. Факторы транскрипции, рецептор γ, активируемый пролифератором пероксиса (PPARγ) , и белки, связывающие энхансер CCAAT (C/EBP), являются основными регуляторами адипогенеза. [5] По сравнению с клетками других линий дифференцировка жировых клеток in vitro является аутентичной и повторяет большинство характерных особенностей дифференцировки in vivo. Ключевыми особенностями дифференцированных адипоцитов являются задержка роста, морфологические изменения, высокая экспрессия липогенных генов и продукция адипокинов, таких как адипонектин , лептин , резистин (у мышей, не у людей) и TNF-альфа .
Дифференциация
[ редактировать ]В исследованиях дифференцировки in vitro использовали предварительно коммитированные линии преадипоцитов, такие как клеточные линии 3T3-L1 и 3T3-F442A, или преадипоциты, выделенные из стромально-васкулярной фракции белой жировой ткани. Дифференциация in vitro представляет собой высокоупорядоченный процесс. Во-первых, пролиферирующие преадипоциты останавливают рост обычно путем контактного торможения. За остановкой роста следуют самые ранние события, включая морфологическое изменение преадипоцитов с формы фибробластов на округлую форму и индукцию транскрипционных факторов C/EBPβ и C/EBPδ . Вторая фаза остановки роста — это экспрессия двух ключевых факторов транскрипции PPARγ и C/EBPα , которые способствуют экспрессии генов, придающих характеристики зрелых адипоцитов. Эти гены включают белок адипоцитов (aP2) , рецептор инсулина, глицерофосфатдегидрогеназу, синтазу жирных кислот, ацетил-КоА-карбоксилазу, транспортер глюкозы типа 4 (Glut 4) и так далее. [6] В результате этого процесса липидные капли накапливаются в адипоцитах . Однако клеточные линии преадипоцитов трудно дифференцировать в адипоциты. Преадипоциты отображают CD45. − CD31 − CD34 + CD29 + SCA1 + CD24 + поверхностные маркеры могут пролиферировать и дифференцироваться в адипоциты in vivo. [7]
Модели дифференцировки in vitro
[ редактировать ]Клеточная линия | Источник | Протокол дифференциации | ||
---|---|---|---|---|
Коммитированные преадипоциты | ||||
3Т3-Л1 | Субклон швейцарского 3T3 [8] | ФБС+ И+ Д+ М | ||
3Т3-Ф442А | Субклон швейцарского 3T3 [9] | ФБС + я | ||
Об17 | Дифференцированные адипоциты из придатков жировой ткани C57BL/6J ob/ob мышей [10] | ФБС+ И+ Т3 | ||
ТА1 | Субклон C3H10T1/2 [11] | ФБС + Д + Я | ||
30А5 | Субклон C3H10T1/2 [12] | ФБС + Д + М + Я | ||
1246 | Адипогенный субклон линии клеток тератокарциномы мыши CH3 T984 [13] | Д + М + Я | ||
Некомпетентный с адипогенным потенциалом | ||||
НИХ3Т3 | Клетки эмбриона мыши NIH Swiss [14] | Эктопическая экспрессия PPAR-гамма , C/EBP-альфа или C/EBP-бета + D+ M+ I | ||
Швейцарский 3Т3 | Клетки эмбриона швейцарской мыши [15] | Эктопическая экспрессия C/EBP-альфа | ||
Балб/3Т3 | Клетки эмбриона мыши Balb/c [16] | Эктопическая экспрессия C/EBP-альфа | ||
С3Н 10Т1/2 | Клетки эмбриона мыши C3H [17] | PPAR-гамма-лиганд | ||
Рядом с 4б10 | линия стромальных клеток костного мозга мыши [18] | ФБС + Я + Д + М | ||
C2C12 | Мышцы бедра мышей C3H [19] | Тиазолидиндионы | ||
G8 | Мышцы задних конечностей плода швейцарской мыши Webster [20] | Эктопическая экспрессия PPAR-гамма + CEBP/альфа +D + I | ||
FBS = фетальная бычья сыворотка, D = дексаметазон, I = инсулин, M = метилизобутилксантин T3 = трийодтиронин |
Транскрипционные правила
[ редактировать ]PPARγ
[ редактировать ]PPARγ является членом суперсемейства ядерных рецепторов и является главным регулятором адипогенеза. PPARγ гетеродимеризуется с ретиноидным X-рецептором (RXR), а затем связывается с ДНК, что активирует промоторы нижестоящих генов. PPARγ индуцирует гены, специфичные для жировых клеток, включая aP2, адипонектин и фосфоенолпируваткарбоксикиназу (PEPCK) . Активация PPARg влияет на несколько аспектов характеристик зрелых адипоцитов, таких как морфологические изменения, накопление липидов и приобретение чувствительности к инсулину. [21] PPARγ необходим и достаточен для стимулирования дифференцировки жировых клеток. PPARγ необходим для дифференцировки эмбриональных стволовых клеток (ES-клеток) в адипоциты . [22] Экспрессии самого PPARγ достаточно для превращения фибробластов в адипоциты in vitro. [23] другие проадипогенные факторы, такие как C/EBP Было показано, что и Krüppel-подобные факторы (KLF), индуцируют промотор PPARγ . Более того, PPARγ также необходим для поддержания экспрессии генов, характеризующих зрелые адипоциты. [24] Тиазолидиндионы (TZD), противодиабетические средства, которые хорошо используются в дифференцировочном коктейле in vitro, способствуют активности PPARγ .
К/EBP
[ редактировать ]C/EBP , факторы транскрипции, являются членами класса основных лейциновых застежек. цАМФ, индуктор адипогенеза, может способствовать экспрессии C/EBPβ и C/EBPδ . [25] Считается , что на ранней стадии дифференцировки временное увеличение уровней мРНК и белков C/EBPβ и C/EBPδ активирует адипогенные факторы транскрипции, PPARγ и C/EBPα . PPARγ и C/EBPα могут вызывать обратную связь, индуцируя экспрессию друг друга, а также своих нижестоящих генов. [26] C/EBPα также играет важную роль в чувствительности адипоцитов к инсулину. [27] Однако C/EBPγ подавляет дифференцировку, что может быть связано с инактивацией C/EBPβ .
Транскрипционный каскад
[ редактировать ]Хотя PPARγ и C/EBPα являются главными регуляторами адипогенеза, другие факторы транскрипции участвуют в прогрессировании дифференцировки. Фактор определения и дифференцировки адипоцитов 1 (ADD1) и белок 1, связывающий регуляторные элементы стерола (SREBP1), могут активировать PPARγ за счет продукции эндогенного лиганда PPARγ или непосредственно способствовать экспрессии PPARγ . Белок, связывающий элемент, реагирующий на цАМФ, способствует дифференцировке, в то время как активация PPARγ и C/EBPα также реагирует на негативную регуляцию. Фактор Т-клеток/фактор связывания лимфоидного энхансера (TCF/LEF) , [28] ГАТА2/3, [29] рецептор ретиноевой кислоты α, [30] и СМАД6/7 [31] не влияют на экспрессию C/EBPβ и C/EBPδ, но ингибируют индукцию PPARγ и C/EBPα .
Другие правила
[ редактировать ]Продукты эндокринной системы, такие как инсулин , ИФР-1 , цАМФ , глюкокортикоид и трийодтиронин , эффективно индуцируют адипогенез в преадипоцитах. [32] [33] [34]
Инсулин и IGF1
[ редактировать ]Инсулин регулирует адипогенез посредством передачи сигналов рецептору инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF1) . Инсулин/IGF1 способствует индукции факторов транскрипции, регулирующих терминальную дифференцировку.
Wnt-сигнализация
[ редактировать ]Передача сигналов Wnt/β-catenin подавляет адипогенез, способствуя дифференцировке мезенхимальных стволовых клеток в миоциты и остеоциты, но блокируя присоединение к адипоцитарной линии. [35] Wnt/β-катенин ингибирует дифференцировку преадипоцитов путем ингибирования индукции PPARγ и C/EBPα .
БМП
[ редактировать ]Костные морфогенетические белки (BMP) являются членами суперсемейства трансформирующего фактора роста β (TGFβ). BMP2 может либо стимулировать детерминацию мультипотентных клеток, либо индуцировать остеогенез посредством различных гетеромеров рецепторов. [36] BMP также способствует дифференцировке преадипоцитов.
Стареющие клетки
[ редактировать ]стареющие жировые клетки-предшественники в подкожной жировой ткани подавляют адипогенную дифференцировку. Было показано, что [37] Снижение адипогенеза у людей с ожирением обусловлено увеличением стареющих клеток в жировой ткани, а не уменьшением количества стволовых клеток/клеток-предшественников. [38]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Адипогенез» . Мерриам-Вебстер . Проверено 3 января 2020 г.
- ^ Грегуар FM, Смас CM, Сул HS (июль 1998 г.). «Понимание дифференциации адипоцитов». Физиологические обзоры . 78 (3): 783–809. дои : 10.1152/physrev.1998.78.3.783 . ПМИД 9674695 . S2CID 1538359 .
- ^ Хаусман Г.Дж., Хаусман Д.Б. (2006). «Поиск клетки-предшественника преадипоцита» . Журнал клинических исследований . 116 (12): 3103–3106. дои : 10.1172/JCI30666 . ПМЦ 1679717 . ПМИД 17143324 .
- ^ Корнелиус П., Макдугалд О.А., Лейн, доктор медицинских наук (1994). «Регуляция развития адипоцитов». Ежегодный обзор питания . 14 : 99–129. дои : 10.1146/annurev.nu.14.070194.000531 . ПМИД 7946535 .
- ^ Розен Э.Д., Макдугалд О.А. (декабрь 2006 г.). «Дифференциация адипоцитов изнутри наружу». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 7 (12): 885–96. дои : 10.1038/nrm2066 . ПМИД 17139329 . S2CID 189384 .
- ^ Розен Э.Д., Уолки С.Дж., Пучсервер П., Шпигельман Б.М. (июнь 2000 г.). «Транскрипционная регуляция адипогенеза» . Гены и развитие . 14 (11): 1293–307. дои : 10.1101/gad.14.11.1293 . ПМИД 10837022 . S2CID 5661544 .
- ^ Родехеффер М.С., Бирсой К., Фридман Дж.М. (октябрь 2008 г.). «Идентификация клеток-предшественников белых адипоцитов in vivo» . Клетка . 135 (2): 240–9. дои : 10.1016/j.cell.2008.09.036 . ПМИД 18835024 . S2CID 12127266 .
- ^ Грин Х., Кехинде О (28 февраля 1974 г.). «Сублинии клеток 3T3 мыши, накапливающие липид». Клетка . 1 (3): 113–116. дои : 10.1016/0092-8674(74)90126-3 .
- ^ Грин Х., Кехинде О. (январь 1976 г.). «Спонтанные наследственные изменения, приводящие к увеличению конверсии жировой ткани в клетках 3T3». Клетка . 7 (1): 105–13. дои : 10.1016/0092-8674(76)90260-9 . ПМИД 949738 . S2CID 41406809 .
- ^ Негрель Р., Гримальди П., Айо Дж. (декабрь 1978 г.). «Создание клональной линии преадипоцитов из придатков жировой ткани мышей ob/ob, которая реагирует на инсулин и липолитические гормоны» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 75 (12): 6054–8. Бибкод : 1978PNAS...75.6054N . дои : 10.1073/pnas.75.12.6054 . ПМК 393116 . ПМИД 216011 .
- ^ Чепмен А.Б., Найт Д.М., Дикманн Б.С., Ринголд Г.М. (декабрь 1984 г.). «Анализ экспрессии генов при дифференцировке адипогенных клеток в культуре и гормональный контроль программы развития» . Журнал биологической химии . 259 (24): 15548–55. дои : 10.1016/S0021-9258(17)42583-X . ПМИД 6392298 .
- ^ Папе М.Е., Ким К.Х. (май 1988 г.). «Влияние фактора некроза опухоли на экспрессию гена ацетил-коэнзима А-карбоксилазы и дифференцировку преадипоцитов» . Молекулярная эндокринология . 2 (5): 395–403. дои : 10.1210/mend-2-5-395 . ПМИД 2901666 .
- ^ Дармон М., Серреро Дж., Риццино А., Сато Дж. (апрель 1981 г.). «Выделение миобластических, фиброадипогенных и фибробластических клональных клеточных линий из общего предшественника и изучение их потребностей для роста и дифференцировки». Экспериментальные исследования клеток . 132 (2): 313–27. дои : 10.1016/0014-4827(81)90107-5 . ПМИД 7215448 .
- ^ Джейнчилл Дж.Л., Ааронсон С.А., Тодаро Г.Дж. (ноябрь 1969 г.). «Вирусы мышиной саркомы и лейкоза: анализ с использованием клональных линий контактно-ингибированных клеток мыши» . Журнал вирусологии . 4 (5): 549–53. doi : 10.1128/jvi.4.5.549-553.1969 . ПМЦ 375908 . ПМИД 4311790 .
- ^ Тодаро Дж.Дж., Грин Х. (май 1963 г.). «Количественные исследования роста клеток эмбрионов мышей в культуре и их развития в устоявшиеся линии» . Журнал клеточной биологии . 17 (2): 299–313. дои : 10.1083/jcb.17.2.299 . ПМК 2106200 . ПМИД 13985244 .
- ^ Ааронсон С.А., Тодаро Г.Дж. (октябрь 1968 г.). «Развитие 3T3-подобных линий из культур эмбрионов мышей Balb-c: чувствительность к трансформации к SV40». Журнал клеточной физиологии . 72 (2): 141–8. дои : 10.1002/jcp.1040720208 . ПМИД 4301006 . S2CID 31332589 .
- ^ Резников К.А., Бранков Д.В., Гейдельбергер К. (декабрь 1973 г.). «Создание и характеристика клонированной линии клеток эмбриона мыши C3H, чувствительной к ингибированию деления после слияния». Исследования рака . 33 (12): 3231–8. ПМИД 4357355 .
- ^ Аллан Э.Х., Хойслер К.Д., Вей Т., Гуи Дж.Х., Куинн Дж.М., Краймин-Ирвин Б. и др. (август 2008 г.). «Регуляция эфрина B2 с помощью ПТГ и ПТГрП, выявленная с помощью молекулярного профилирования в дифференцирующихся остеобластах» . Журнал исследований костей и минералов . 23 (8): 1170–81. дои : 10.1359/jbmr.080324 . ПМИД 18627264 .
- ^ Яффе Д., Саксел О. (22–29 декабря 1977 г.). «Серийное пассирование и дифференцировка миогенных клеток, выделенных из дистрофических мышц мыши». Природа . 270 (5639): 725–7. Бибкод : 1977Natur.270..725Y . дои : 10.1038/270725a0 . ПМИД 563524 . S2CID 4196110 .
- ^ Кристиан К.Н., Нельсон П.Г., Пикок Дж., Ниренберг М. (май 1977 г.). «Формирование синапсов между двумя клональными клеточными линиями». Наука . 196 (4293): 995–8. Бибкод : 1977Sci...196..995C . дои : 10.1126/science.193191 . ПМИД 193191 .
- ^ Мота де Са П, Ричард Эй Джей, Ханг Х, Стивенс Дж. М. (март 2017 г.). «Транкрипционная регуляция адипогенеза». Комплексная физиология . 7 (2): 635–674. дои : 10.1002/cphy.c160022 . ISBN 9780470650714 . ПМИД 28333384 .
- ^ Розен Э.Д., Сарраф П., Трой А.Е., Брэдвин Г., Мур К., Милстоун Д.С. и др. (октябрь 1999 г.). «PPAR гамма необходим для дифференциации жировой ткани in vivo и in vitro» . Молекулярная клетка . 4 (4): 611–7. дои : 10.1016/s1097-2765(00)80211-7 . ПМИД 10549292 .
- ^ Тонтоноз П., Ху Э, Шпигельман Б.М. (декабрь 1994 г.). «Стимуляция адипогенеза в фибробластах с помощью PPAR гамма 2, липид-активируемого транскрипционного фактора». Клетка . 79 (7): 1147–56. дои : 10.1016/0092-8674(94)90006-х . ПМИД 8001151 . S2CID 54387527 .
- ^ Тамори Ю, Масуги Дж, Нишино Н, Касуга М (июль 2002 г.). «Роль гамма-рецептора, активируемого пролифератором пероксисомы, в поддержании характеристик зрелых адипоцитов 3T3-L1» . Диабет . 51 (7): 2045–55. дои : 10.2337/диабет.51.7.2045 . ПМИД 12086932 .
- ^ Цао З., Умек Р.М., Макнайт С.Л. (сентябрь 1991 г.). «Регулируемая экспрессия трех изоформ C/EBP во время жировой конверсии клеток 3T3-L1» . Гены и развитие . 5 (9): 1538–52. дои : 10.1101/gad.5.9.1538 . ПМИД 1840554 .
- ^ Макдугалд О.А., Мандруп С. (январь 2002 г.). «Адипогенез: силы, которые склоняют чашу весов». Тенденции в эндокринологии и обмене веществ . 13 (1): 5–11. дои : 10.1016/s1043-2760(01)00517-3 . ПМИД 11750856 . S2CID 39531967 .
- ^ Ву З, Розен Э.Д., Брун Р., Хаузер С., Адельмант Г., Трой А.Е. и др. (февраль 1999 г.). «Перекрестная регуляция C/EBP альфа и PPAR гамма контролирует транскрипционный путь адипогенеза и чувствительность к инсулину» . Молекулярная клетка . 3 (2): 151–8. дои : 10.1016/s1097-2765(00)80306-8 . ПМИД 10078198 .
- ^ Росс С.Е., Хемати Н., Лонго К.А., Беннетт К.Н., Лукас ПК, Эриксон Р.Л., Макдугалд О.А. (август 2000 г.). «Ингибирование адипогенеза посредством передачи сигналов Wnt». Наука . 289 (5481): 950–3. Бибкод : 2000Sci...289..950R . дои : 10.1126/science.289.5481.950 . ПМИД 10937998 .
- ^ Тонг К., Далгин Г., Сюй Х., Тинг К.Н., Лейден Дж.М., Хотамислигил Г.С. (октябрь 2000 г.). «Функция факторов транскрипции GATA при переходе преадипоцит-адипоцит». Наука . 290 (5489): 134–8. Бибкод : 2000Sci...290..134T . дои : 10.1126/science.290.5489.134 . ПМИД 11021798 . S2CID 8445774 .
- ^ Шварц Э.Дж., Регинато М.Дж., Шао Д., Краков С.Л., Лазар М.А. (март 1997 г.). «Ретиноевая кислота блокирует адипогенез, ингибируя транскрипцию, опосредованную C/EBPbeta» . Молекулярная и клеточная биология . 17 (3): 1552–61. дои : 10.1128/mcb.17.3.1552 . ПМК 231881 . ПМИД 9032283 .
- ^ Чой Л., Скиллингтон Дж., Деринк Р. (май 2000 г.). «Роль аутокринного рецептора TGF-бета и передачи сигналов Smad в дифференцировке адипоцитов» . Журнал клеточной биологии . 149 (3): 667–82. дои : 10.1083/jcb.149.3.667 . ПМК 2174852 . ПМИД 10791980 .
- ^ Студент А.К., Сюй Р.Ю., Лейн, доктор медицинских наук (май 1980 г.). «Индукция синтеза синтетазы жирных кислот при дифференцировке преадипоцитов 3T3-L1» . Журнал биологической химии . 255 (10): 4745–50. дои : 10.1016/S0021-9258(19)85559-X . ПМИД 7372608 .
- ^ Шпигельман Б.М., Грин Х. (сентябрь 1980 г.). «Контроль биосинтеза специфического белка во время жировой конверсии клеток 3Т3» . Журнал биологической химии . 255 (18): 8811–18. дои : 10.1016/S0021-9258(18)43575-2 . ПМИД 6773950 .
- ^ Амри Э.З., Дэни С., Доглио А., Этьен Дж., Гримальди П., Айо Дж. (август 1986 г.). «Дифференцировка жировых клеток: доказательства двухэтапного процесса в полиаминозависимой клональной линии Ob1754» . Биохимический журнал . 238 (1): 115–22. дои : 10.1042/bj2380115 . ПМК 1147104 . ПМИД 3800927 .
- ^ Христодулидес К., Лагату С., Сети Дж.К., Видаль-Пуч А. (январь 2009 г.). «Адипогенез и передача сигналов WNT» . Тенденции в эндокринологии и обмене веществ . 20 (1): 16–24. дои : 10.1016/j.tem.2008.09.002 . ПМК 4304002 . ПМИД 19008118 .
- ^ Чен Д., Джи Икс, Харрис М.А., Фэн Дж.К., Карсенти Дж., Селеста А.Дж. и др. (июль 1998 г.). «Дифференциальная роль рецепторов костного морфогенетического белка (BMP) типа IB и IA в дифференцировке и спецификации мезенхимальных клеток-предшественников в линии остеобластов и адипоцитов» . Журнал клеточной биологии . 142 (1): 295–305. дои : 10.1083/jcb.142.1.295 . ПМК 2133031 . ПМИД 9660882 .
- ^ Экель-Махан К., Латре А.Р., Колонин М.Г. (2020). «Расширение и истощение жировых стромальных клеток: механизмы и последствия» . Клетки . 9 (4): 863. doi : 10.3390/cells9040863 . ПМЦ 7226766 . ПМИД 32252348 .
- ^ Густавсон Б., Нерстедт А., Смит Ю. (2019). «Снижение подкожного адипогенеза при гипертрофическом ожирении человека связано со старением клеток-предшественников» . Природные коммуникации . 10 (1): 2757. Бибкод : 2019NatCo..10.2757G . дои : 10.1038/s41467-019-10688-x . ПМЦ 6588633 . ПМИД 31227697 .