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Publication
Role of neuronal cholesterol in peripheric metabolic tissues
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 29.6 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
The brain possesses 20% of whole-body cholesterol, becoming the richest cholesterol
organ in our body. Due to the Blood Brain Barrier, the cholesterol has its own way to
synthesize and degrade cholesterol, in order to maintain its homeostasis. Cholesterol is
synthesized through de novo synthesis in the brain and transported out of the brain in the
form of oxysterols, more specifically 24-hydroxycholesterol (24-OHC). This process is
acomplished through CYP46A1, a protein of the CYP450 family. Alterations in cholesterol
homeostasis can lead to metabolic abnormalities, such as obesity, inflammation and insulin
resistance. Previous studies in our laboratory showed that alterations in the expression of
Cyp46A1 gene (more specifically silencing) with different diets, rich and poor in fat, had
impacts in whole-body homeostasis. Taking these results into account, the main objective of
this study was to evaluate the impact of modulation of Cyp46A1 gene in the main metabolic
organs (liver, pancreas, and adipose tissue), through silencing and overexpressing CYP46A1
in the arcuate nucleus of the hypothalamus. This modulation was made in C57BL/6J mice
fed with two distinct diets, one rich in fat (HF diet) and one poor in fat (CHOW diet). The
data obtained from microscopy and tissue quantification made it possible to see the
physiological changes resultant from the modulation of CYP46A1. It was possible the
phenomenon BAT “whithening”, an increase in the size of Langerhans islets and lipidic
hypertrophy. RT-qPCR was also realized to evaluate the mRNA levels of the different
targets in the hypothalamus. The results obtained from RT-qPCR, showed that modulation
of Cyp46A1 affected the mRNA levels of the different targets tested (POMC, NPY and
TNF-alpha). All this data confirmed our hypothesis, that the modulation of CYP46A1 do
alter the whole-body metabolism. Further studies must be conducted to continue this project,
in order to investigate if this gene could be a target for genetic therapies.
Um dos grandes problemas de saúde atuais da nossa sociedade é a obesidade. Esta condição é um dos principais sintomas da síndrome metabólica sendo consequência, para além da ausência de exercício físico, de uma dieta desequilibrada e rica em gorduras. A obesidade gera várias consequências no corpo, sendo uma delas a inflamação, podendo esta ocorrer no tecido adiposo, fígado e até no cérebro. O cérebro é o órgão do corpo humano que possui maior teor de colesterol, cerca de 20% do colesterol total corporal. Este é necessário para a formação das bainhas de mielina e membranas celulares. O cérebro possui uma barreira protetora, altamente seletiva que protege o órgão de substâncias tóxicas que possam ser encontradas no sangue, a barreira hematoencefálica. Esta barreira, impede também o colesterol de entrar ou sair do cérebro, pelo que o cérebro possui um metabolismo do colesterol altamente controlado. Este equilíbrio é mantido através da síntese de novo, conversão e efluxo. Para que o colesterol possa ser transportado para fora do cérebro, é necessário que seja previamente convertido em oxisterol, um derivado hidrolisado do colesterol, que por sua vez é capaz de atravessar a barreira hematoencefálica. Esta conversão é possível através da enzima Cyp46a1, que converte o colesterol em colesterol-24-hidroxilase, para que possa ser eliminado no fígado. Diversos estudos mostraram que alterações na homeostasia do metabolismo do colesterol poderiam levar à obesidade e problemas relacionados (resistência à insulina e diabetes tipo 2). Tendo isto em conta, o principal objetivo deste estudo foi investigar os efeitos da modulação do Cyp46A1 no cérebro no metabolismo corporal. Para tal, utilizouse uma amostragem de 69 ratinhos C57BL/6J, onde 45 ratinhos foram expostos a um silenciamento da expressão do gene Cyp46A1 e 24 ratinhos a uma sobre expressão deste gene. Para tal, foi realizada uma injeção estereotáxica bilateral no núcleo arqueado do hipotálamo, com os respetivos grupos virais: a sobre expressão, AAV-Cyp46A1 e o silenciamento, AAV-shCyp46A1. Para verificar também a influência da dieta, os ratinhos foram divididos em seis grupos contendo duas dietas diferentes: AAVCyp46A1, AAVshCyp46A1 e grupo controlo (não injetados) com uma dieta rica contendo 60% de gordura (denominada High Fat Diet, HF) e AAVCyp46A1, AAV-shCyp46A1 e grupo controlo com uma dieta que continha 10% de gordura (denominada Low Fat control diet, CHOW). Os resultados obtidos neste estudo, revelaram que a modulação do gene Cyp46a1 no núcleo arqueado do hipotálamo afetou a morfologia de vários órgãos metabólicos, levando a um aumento no tamanho das ilhotas de Langerhans no pâncreas, a uma acumulação de gotículas lipídicas no fígado e também a alterações na estrutura do tecido adiposo, nomeadamente hipertrofia. Estes resultados foram também comprovados através da quantificação dos respetivos tecidos. Foram também realizados vários RT-qPCR, de forma a verificar se a modulação do gene Cyp46a1 alterou os níveis de mRNA do próprio Cyp46A1 e de outros importantes mediadores metabólicos do núcleo arqueado do hipotálamo, entre eles o POMC e o NPY. Foi possível verificar uma diminuição dos níveis de mRNA do Cyp46A1 no grupo silenciado quando comparado com o grupo controlo, embora esta não seja significativa. Por outro lado, verificou-se que os níveis de NPY, tanto o grupo AAV-shCyp46A1 como o AAV-Cyp46A1 com a dieta HF possuem aumentos significativos nos níveis de mRNA, quando comparados com o grupo de animais não injetados. Foram estudados também os níveis de mediadores de inflamação, nomeadamente do TNF-alfa. Neste alvo, observou-se claramente um aumento nos níveis de mRNA nos grupos AAV-Cyp46A1 e AAV-shCyp46A1 que possuíam a dieta HF, em relação aos grupos controlo. Os resultados obtidos sugerem então um papel fundamental do gene Cyp46a1 no metabolismo corporal, para além do papel desempenhado a nível cerebral. No entanto, será necessário realizar mais estudos de forma a tentar compreender de forma mais completa o papel desta proteína no metabolismo corporal.
Um dos grandes problemas de saúde atuais da nossa sociedade é a obesidade. Esta condição é um dos principais sintomas da síndrome metabólica sendo consequência, para além da ausência de exercício físico, de uma dieta desequilibrada e rica em gorduras. A obesidade gera várias consequências no corpo, sendo uma delas a inflamação, podendo esta ocorrer no tecido adiposo, fígado e até no cérebro. O cérebro é o órgão do corpo humano que possui maior teor de colesterol, cerca de 20% do colesterol total corporal. Este é necessário para a formação das bainhas de mielina e membranas celulares. O cérebro possui uma barreira protetora, altamente seletiva que protege o órgão de substâncias tóxicas que possam ser encontradas no sangue, a barreira hematoencefálica. Esta barreira, impede também o colesterol de entrar ou sair do cérebro, pelo que o cérebro possui um metabolismo do colesterol altamente controlado. Este equilíbrio é mantido através da síntese de novo, conversão e efluxo. Para que o colesterol possa ser transportado para fora do cérebro, é necessário que seja previamente convertido em oxisterol, um derivado hidrolisado do colesterol, que por sua vez é capaz de atravessar a barreira hematoencefálica. Esta conversão é possível através da enzima Cyp46a1, que converte o colesterol em colesterol-24-hidroxilase, para que possa ser eliminado no fígado. Diversos estudos mostraram que alterações na homeostasia do metabolismo do colesterol poderiam levar à obesidade e problemas relacionados (resistência à insulina e diabetes tipo 2). Tendo isto em conta, o principal objetivo deste estudo foi investigar os efeitos da modulação do Cyp46A1 no cérebro no metabolismo corporal. Para tal, utilizouse uma amostragem de 69 ratinhos C57BL/6J, onde 45 ratinhos foram expostos a um silenciamento da expressão do gene Cyp46A1 e 24 ratinhos a uma sobre expressão deste gene. Para tal, foi realizada uma injeção estereotáxica bilateral no núcleo arqueado do hipotálamo, com os respetivos grupos virais: a sobre expressão, AAV-Cyp46A1 e o silenciamento, AAV-shCyp46A1. Para verificar também a influência da dieta, os ratinhos foram divididos em seis grupos contendo duas dietas diferentes: AAVCyp46A1, AAVshCyp46A1 e grupo controlo (não injetados) com uma dieta rica contendo 60% de gordura (denominada High Fat Diet, HF) e AAVCyp46A1, AAV-shCyp46A1 e grupo controlo com uma dieta que continha 10% de gordura (denominada Low Fat control diet, CHOW). Os resultados obtidos neste estudo, revelaram que a modulação do gene Cyp46a1 no núcleo arqueado do hipotálamo afetou a morfologia de vários órgãos metabólicos, levando a um aumento no tamanho das ilhotas de Langerhans no pâncreas, a uma acumulação de gotículas lipídicas no fígado e também a alterações na estrutura do tecido adiposo, nomeadamente hipertrofia. Estes resultados foram também comprovados através da quantificação dos respetivos tecidos. Foram também realizados vários RT-qPCR, de forma a verificar se a modulação do gene Cyp46a1 alterou os níveis de mRNA do próprio Cyp46A1 e de outros importantes mediadores metabólicos do núcleo arqueado do hipotálamo, entre eles o POMC e o NPY. Foi possível verificar uma diminuição dos níveis de mRNA do Cyp46A1 no grupo silenciado quando comparado com o grupo controlo, embora esta não seja significativa. Por outro lado, verificou-se que os níveis de NPY, tanto o grupo AAV-shCyp46A1 como o AAV-Cyp46A1 com a dieta HF possuem aumentos significativos nos níveis de mRNA, quando comparados com o grupo de animais não injetados. Foram estudados também os níveis de mediadores de inflamação, nomeadamente do TNF-alfa. Neste alvo, observou-se claramente um aumento nos níveis de mRNA nos grupos AAV-Cyp46A1 e AAV-shCyp46A1 que possuíam a dieta HF, em relação aos grupos controlo. Os resultados obtidos sugerem então um papel fundamental do gene Cyp46a1 no metabolismo corporal, para além do papel desempenhado a nível cerebral. No entanto, será necessário realizar mais estudos de forma a tentar compreender de forma mais completa o papel desta proteína no metabolismo corporal.
Description
Keywords
Cholesterol metabolism Cyp46a1 Hypothalamus Oxysterols Whole-body Metabolism