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Publication
Silencing of cypx gene in the hypothalamus and its impact on whole-body metabolism
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 39.1 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Cholesterol metabolism is tightly controlled in the brain, through an equilibrium of
cholesterol de novo synthesis and cholesterol efflux. Most of the cholesterol in the brain is in
myelin sheaths to insulate axons and to maintain their morphology and synaptic transmission.
The importance of cholesterol in the brain is highlighted by the fact that dysfunctions in its
metabolism homeostasis are correlated with different neurodegenerative disorders. The
hypothalamus, specially the ARC, is the principal brain region in the control of whole-body
energy homeostasis, having a crucial role in metabolic organ regulation.
This project goal was to silence the expression of the Cyp46a1 mouse gene in the
hypothalamus of C57BL/6J wild-type mice fed with Chow and HFD, and to investigate its
impact in the whole-body metabolism homeostasis. As the ARC is implicated in the control of
whole-body energy metabolism, and oxysterols levels are altered in obesity, we hypothesize
that the silencing of Cyp46a1 gene could lead to an obesity and TIIDM phenotypes.
In this study, C57BL/6J wild-type mice (n=45) were divided into two groups
corresponding to two different diets. One group (n=24) had access to a Chow containing 10%
of fat and the other group (n=21) had access to an HFD containing 60% of fat. This study was
conducted during 12 weeks. In the 4th week, the two groups of mice (Chow and HFD) were
divided into four subgroups, from which two were submitted to the stereotaxic injection
delivering the AAV of the serotype 5, with the shRNA targeting the mouse Cyp46a1 gene in
each side of the ARC and two remained non-injected, as control.
The silencing of Cyp46a1 mouse gene in the ARC of mice fed with Chow and HFD leads
to an increase of BW, changes in food and water intake, to a reduction of glucose tolerance,
of insulin sensitivity and leads also to modifications in several metabolic organs, comparatively
to the non-injected animals. In fact, in the Chow AAV5-shCyp46a1 animals, the impact of the
silencing Cyp46a1 gene appears to mimic an HFD effect, whereas in HFD AAV5-shCyp46a1
mice this silencing exacerbates the phenotype of obesity. These results could suggest an
important role of the cholesterol metabolism in the brain, specially of the Cyp46a1 enzyme in
the control of whole-body homeostasis. Finally, additional studies are needed to continue this
project and it would be interesting to perform the overexpression of Cyp46a1 in the ARC to
investigate if this gene could be a potential target to further genetic therapies.
No cérebro, o metabolismo do colesterol é extremamente controlado através do equilíbrio entre a síntese de novo, conversão e efluxo do colesterol. Quando a síntese do colesterol excede a sua necessidade no cérebro, ocorre o processo hidroxilação do colesterol em 24-hidroxicolesterol (24-OHC) através da ação da enzima CYP46A1, uma enzima codificada pelo gene CYP46A1. O oxisterol 24-OHC, ao contrário do colesterol, possui a capacidade de atravessar a barreira hematoencefálica contribuindo desta forma para a homeostasia do colesterol no cérebro. Este está maioritariamente localizado nas bainhas de mielina, de modo a isolar os axónios e manter a sua morfologia e transmissão sináptica. Diversas doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer e a doença de Huntington, foram correlacionados com disfunções na homeostasia do colesterol no cérebro, destacando desta forma a sua importância no organismo. O hipotálamo, especialmente o núcleo arqueado, é a região do cérebro responsável pela regulação da homeostasia energética corporal, apresentando um papel crucial no equilíbrio entre o consumo e o gasto energético. O objetivo deste projeto foi silenciar a expressão do gene Cyp46a1 no hipotálamo de ratinhos C57BL/6J wild-type alimentados com uma dieta de controlo com baixo teor em gordura (Chow – low fat control diet) e com uma dieta com alto teor em gordura (HFD - high fat diet) e investigar o seu impacto na homeostasia energética corporal. Uma vez que o núcleo arqueado está implicado regulação da homeostasia energética corporal e que os níveis de oxisteróis encontram-se alterados na obesidade, criou-se a hipótese de que o silenciamento do gene Cyp46a1 poderia resultar em um fenótipo de obesidade e de diabetes mellitus do tipo 2. Desta forma, os ratinhos C57BL/6J (n=45) foram divididos em dois grupos correspondentes a dietas distintas. Um dos grupos (n=24) teve acesso a uma dieta Chow, contendo 10% de gordura, e o outro grupo (n=21) teve acesso a uma dieta HFD, contendo 60% de gordura. Este estudo foi conduzido durante o período de 12 semanas, no qual, na quarta semana os dois grupos (Chow e HFD) foram divididos em quatro subgrupos. Dois grupos foram submetidos à injeção estereotáxica bilateral no ARC, constituindo os grupos tratados, (Chow AAV5-shCyp46a1 e HFD AAV5-shCyp46a1) e os restantes grupos não foram submetidos à injeção estereotáxica, constituindo os grupos de controlo. O silenciamento do gene Cyp46a1 no núcleo arqueado dos ratinhos C57BL/6J alimentados com uma dieta Chow resultou em um aumento no peso corporal, na ingestão de alimentos e de água, na redução da tolerância à glucose, na sensibilidade à insulina e ainda, em modificações em vários órgãos metabólicos. Da mesma forma, o silenciamento do gene Cyp46a1 dos ratinhos C57BL/6J alimentados com uma dieta HFD resultou em um aumento do peso corporal, em uma diminuição da ingestão de alimentos, da sensibilidade à insulina e em modificações nos órgãos metabólicos. O silenciamento do gene Cyp46a1 no núcleo arqueado dos ratinhos C57BL/6J parece modificar a morfologia do tecido adiposo branco, do tecido adiposo castanho e do fígado, nos animais submetidos à injeção estereotáxica. Os grupos tratados apresentaram importantes modificações na acumulação lipídica nestes órgãos, bem como modificações nos níveis de proteína. Além disso, o silenciamento do gene Cyp46a1 resulta em modificações no comportamento nos ratinhos C57BL/6J alimentados com dietas Chow e uma HFD. Nos animais Chow AAV5-shCyp46a1, o impacto do silenciamento parece mimetizar o efeito de uma HFD, enquanto nos ratinhos HFD AAV5-shCyp46a1 esse silenciamento parece exacerbar o fenótipo da obesidade, uma vez que estes animais já se encontravam metabolicamente desregulados. Os resultados podem desta forma sugerir um papel importante do metabolismo do colesterol no cérebro, especialmente da enzima CYP46A1 no controlo da homeostasia energética corporal. Finalmente, estudos adicionais ainda são necessários e seria interessante realizar a sobre expressão do gene Cyp46a1, no núcleo arqueado, para investigar se este gene poderá ser um potencial alvo terapêutico.
No cérebro, o metabolismo do colesterol é extremamente controlado através do equilíbrio entre a síntese de novo, conversão e efluxo do colesterol. Quando a síntese do colesterol excede a sua necessidade no cérebro, ocorre o processo hidroxilação do colesterol em 24-hidroxicolesterol (24-OHC) através da ação da enzima CYP46A1, uma enzima codificada pelo gene CYP46A1. O oxisterol 24-OHC, ao contrário do colesterol, possui a capacidade de atravessar a barreira hematoencefálica contribuindo desta forma para a homeostasia do colesterol no cérebro. Este está maioritariamente localizado nas bainhas de mielina, de modo a isolar os axónios e manter a sua morfologia e transmissão sináptica. Diversas doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer e a doença de Huntington, foram correlacionados com disfunções na homeostasia do colesterol no cérebro, destacando desta forma a sua importância no organismo. O hipotálamo, especialmente o núcleo arqueado, é a região do cérebro responsável pela regulação da homeostasia energética corporal, apresentando um papel crucial no equilíbrio entre o consumo e o gasto energético. O objetivo deste projeto foi silenciar a expressão do gene Cyp46a1 no hipotálamo de ratinhos C57BL/6J wild-type alimentados com uma dieta de controlo com baixo teor em gordura (Chow – low fat control diet) e com uma dieta com alto teor em gordura (HFD - high fat diet) e investigar o seu impacto na homeostasia energética corporal. Uma vez que o núcleo arqueado está implicado regulação da homeostasia energética corporal e que os níveis de oxisteróis encontram-se alterados na obesidade, criou-se a hipótese de que o silenciamento do gene Cyp46a1 poderia resultar em um fenótipo de obesidade e de diabetes mellitus do tipo 2. Desta forma, os ratinhos C57BL/6J (n=45) foram divididos em dois grupos correspondentes a dietas distintas. Um dos grupos (n=24) teve acesso a uma dieta Chow, contendo 10% de gordura, e o outro grupo (n=21) teve acesso a uma dieta HFD, contendo 60% de gordura. Este estudo foi conduzido durante o período de 12 semanas, no qual, na quarta semana os dois grupos (Chow e HFD) foram divididos em quatro subgrupos. Dois grupos foram submetidos à injeção estereotáxica bilateral no ARC, constituindo os grupos tratados, (Chow AAV5-shCyp46a1 e HFD AAV5-shCyp46a1) e os restantes grupos não foram submetidos à injeção estereotáxica, constituindo os grupos de controlo. O silenciamento do gene Cyp46a1 no núcleo arqueado dos ratinhos C57BL/6J alimentados com uma dieta Chow resultou em um aumento no peso corporal, na ingestão de alimentos e de água, na redução da tolerância à glucose, na sensibilidade à insulina e ainda, em modificações em vários órgãos metabólicos. Da mesma forma, o silenciamento do gene Cyp46a1 dos ratinhos C57BL/6J alimentados com uma dieta HFD resultou em um aumento do peso corporal, em uma diminuição da ingestão de alimentos, da sensibilidade à insulina e em modificações nos órgãos metabólicos. O silenciamento do gene Cyp46a1 no núcleo arqueado dos ratinhos C57BL/6J parece modificar a morfologia do tecido adiposo branco, do tecido adiposo castanho e do fígado, nos animais submetidos à injeção estereotáxica. Os grupos tratados apresentaram importantes modificações na acumulação lipídica nestes órgãos, bem como modificações nos níveis de proteína. Além disso, o silenciamento do gene Cyp46a1 resulta em modificações no comportamento nos ratinhos C57BL/6J alimentados com dietas Chow e uma HFD. Nos animais Chow AAV5-shCyp46a1, o impacto do silenciamento parece mimetizar o efeito de uma HFD, enquanto nos ratinhos HFD AAV5-shCyp46a1 esse silenciamento parece exacerbar o fenótipo da obesidade, uma vez que estes animais já se encontravam metabolicamente desregulados. Os resultados podem desta forma sugerir um papel importante do metabolismo do colesterol no cérebro, especialmente da enzima CYP46A1 no controlo da homeostasia energética corporal. Finalmente, estudos adicionais ainda são necessários e seria interessante realizar a sobre expressão do gene Cyp46a1, no núcleo arqueado, para investigar se este gene poderá ser um potencial alvo terapêutico.
Description
Keywords
Hipotálamo Metabolismo do colesterol Cyp46a1 Oxisteróis Obesidade Homeostasia energética corporal