Adipogeneze - Adipogenesis
Adipogeneze je formace adipocyty (tukové buňky) z kmenových buněk.[1] Zahrnuje 2 fáze, stanovení a diferenciaci terminálu. Stanovení je mezenchymální kmenové buňky spáchání na prekurzorových buňkách adipocytů, také známých jako preadipocyty, které ztrácejí potenciál diferenciace na jiné typy buněk, jako je chondrocyty, myocyty, a osteoblasty.[2] Terminální diferenciace spočívá v tom, že se preadipocyty diferencují na zralé adipocyty. Adipocyty mohou vznikat buď z preadipocytů rezidentních v tukové tkáni, nebo z progenitorových buněk odvozených z kostní dřeně, které migrují do tukové tkáně.[3]
Úvod
Adipocyty hrají zásadní roli v homeostáze energie a zpracovávají největší energetickou rezervu jako triglycerol v těle zvířat.[4] Adipocyty zůstávají v dynamickém stavu, začínají se rozšiřovat, když je příjem energie vyšší než výdej, a mobilizují se, když výdej energie přesahuje příjem. Tento proces je vysoce regulován kontraregulačními hormony, na které jsou tyto buňky velmi citlivé. Hormon inzulín podporuje expanzi, zatímco proti-hormony epinefrin, glukagon, a ACTH podporovat mobilizaci. Adipogeneze je přísně regulovaný proces buněčné diferenciace, při kterém se mezenchymální kmenové buňky zavázaly k preadipocytům a preadipocytům diferenciaci na adipocyty. Buněčná diferenciace je změna vzorů genové exprese, která multipotentní genovou expresi mění na genovou expresi specifickou pro buněčný typ. Transkripční faktory jsou proto pro adipogenezi zásadní. Transkripční faktory, receptor aktivovaný proliferátorem peroxidu γ (PPARγ) a CCAAT proteiny vázající zesilovač (C / EBP) jsou hlavními regulátory adipogeneze.[5] Ve srovnání s buňkami z jiné linie je diferenciace tukových buněk in vitro autentická a rekapituluje většinu charakteristických rysů diferenciace in vivo. Klíčovými rysy diferencovaných adipocytů jsou zastavení růstu, morfologická změna, vysoká exprese lipogenních genů a produkce adipokiny jako adiponektin, leptin, odolat (u myší, ne u lidí) a TNF-alfa.
Diferenciace
In vitro studie diferenciace používaly předem zavedenou linii preadipocytů, jako jsou buněčné linie 3T3-L1 a 3T3-F442A, nebo preadipocyty izolované ze stromálně-vaskulární frakce bílé tukové tkáně. Diferenciace in vitro je vysoce uspořádaný proces. Za prvé, proliferující preadipocyty zastavují růst obvykle kontaktní inhibicí. Zastavení růstu následované nejčasnějšími událostmi, včetně morfologické změny preadipocytů z fibroblastového tvaru na kulatý tvar a indukce transkripčních faktorů C / EBPβ, a C / EBPδ. Druhá fáze zastavení růstu je vyjádřením dvou klíčových transkripčních faktorů PPARy a C / EBPα které podporují expresi genů, které propůjčují vlastnosti zralých adipocytů. Mezi tyto geny patří adipocytový protein (aP2), inzulinový receptor, glycerofosfát dehydrogenáza, syntáza mastných kyselin, acetyl CoA karboxyláza, transportér glukózy typu 4 (Glut 4) a tak dále.[6] Tímto procesem se hromadí lipidové kapičky v adipocyt. Avšak buněčné linie preadipocytů se obtížně diferencují na adipocyty. Preadipocyty zobrazují CD45− CD31− CD34+ CD29+ SCA1+ CD24+ povrchové markery mohou proliferovat a diferencovat se na adipocyty in vivo.[7]
Modely diferenciace in vitro
Buněčná linie | Původ | Diferenciační protokol | ||
---|---|---|---|---|
Odhodlané pre-adipocyty | ||||
3T3-L1 | Subklon švýcarského 3T3[8] | FBS + I + D + M | ||
3T3-F442A | Subklon švýcarského 3T3[9] | FBS + I | ||
Ob17 | Diferencovaný adipocyt z epididymálního tukového polštářku C57BL / 6J ob / ob myši[10] | FBS + I + T3 | ||
TA1 | Subclone of C3H10T1 / 2 [11] | FBS + D + I | ||
30A5 | Subclone of C3H10T1 / 2[12] | FBS + D + M + I | ||
1246 | Adipogenní subklon CH3 myší teratokarcinomové buněčné linie T984[13] | D + M + I | ||
Nezávazný s adipogenním potenciálem | ||||
NIH3T3 | NIH švýcarské myší embryonální buňky[14] | Ektopické vyjádření PPAR-gama, C / EBP-alfa nebo C / EBP-beta + D + M + I | ||
Švýcarský 3T3 | Švýcarské myší embryonální buňky[15] | Ektopická exprese C / EBP-alfa | ||
Balb / 3T3 | Balb / c myší embryonální buňky[16] | Ektopická exprese C / EBP-alfa | ||
C3H 10T1 / 2 | C3H myší embryonální buňky[17] | PPAR-gama ligand | ||
Kusa 4b10 | myší stromová buněčná linie kostní dřeně[18] | FBS + I + D + M | ||
C2C12 | Stehenní svaly myší C3H[19] | Thiazolidindiony | ||
G8 | Svaly zadních končetin fetální myši Swiss Webster[20] | Ektopická exprese PPAR-gama + CEBP / alfa + D + I | ||
FBS = fetální bovinní sérum, D = dexamethason, I = inzulin, M = methylisobutylxanthin T3 = trijodtyronin |
Předpisy
PPARy
PPARy je členem nadrodiny jaderných receptorů a je hlavním regulátorem adipogeneze. PPARy heterodimerizuje s retinoidním X receptorem (RXR) a poté se váže na DNA, která aktivuje promotory downstream genů. PPARy indukuje geny specifické pro tukové buňky, včetně aP2, adiponectinu a fosfoenolpyruvátkarboxykináza (PEPCK). Aktivace PPARg má účinky na několik aspektů vlastností zralých adipocytů, jako jsou morfologické změny, akumulace lipidů a získání citlivosti na inzulín.[21] PPARy je nezbytná a dostatečná pro podporu diferenciace tukových buněk. PPARy je vyžadován pro diferenciaci embryonálních kmenových buněk (ES buněk) na adipocyty.[22] Vyjádření PPARy sám o sobě je dostačující k přeměně fibroblastů na adipocyty in vitro.[23] Další pro-adipogenní faktory jako C / EBP a Ukázalo se, že faktory podobné faktoru KLU (Krüppel) indukují PPARy promotér. Navíc, PPARy je také nutné udržovat expresi genů, které charakterizují zralý adipocyt.[24] Thiazolidindiony (TZD), antidiabetika, která dobře používala diferenciační koktejl in vitro, podporující aktivitu PPARy.
C / EBP
C / EBP, transkripční faktory, jsou členy třídy zipů se základním leucinem. cAMP, induktor adipogeneze, může podporovat expresi C / EBPβ a C / EBPδ.[25] V rané fázi diferenciace přechodné zvýšení C / EBPβ a C / EBPδ Hladiny mRNA a proteinů se považují za aktivující adipogenní transkripční faktory, PPARy a C / EBPα. PPARy a C / EBPα mohou zpětnou vazbou vyvolat vzájemnou expresi i jejich následné geny.[26] C / EBPα hraje také důležitou roli v citlivosti adipocytů na inzulín.[27] Nicméně, C / EBPγ potlačuje diferenciaci, která by mohla být způsobena inaktivací pomocí C / EBPβ.
Transkripční kaskáda
Ačkoli PPARy a C / EBPα jsou hlavní regulátory adipogeneze, další transkripční faktory fungují v progresi diferenciace. Aktivace stanovení a diferenciace adipocytů 1 (ADD1) a proteinu vázajícího regulační prvek sterolu 1 (SREBP1) se mohou aktivovat PPARy produkcí endogenního PPARy ligand nebo přímo podporuje expresi PPARy. cAMP-responzivní prvek vázající protein podporuje diferenciaci, zatímco aktivace PPARy a C / EBPα reaguje také na negativní regulaci. Vazebný faktor faktoru T / lymfoidní zesilovač (TCF / LEF),[28] GATA2 / 3,[29] receptor kyseliny retinové α,[30] a SMAD6 / 7[31] neovlivňují výraz C / EBPβ a C / EBPδ ale inhibují indukci PPARy a C / EBPα.
Ostatní předpisy
Produkty endokrinního systému, jako jsou inzulín, IGF-1, tábor, glukokortikoid, a trijodtyronin účinně indukují adipogenezi v preadipocytech.[32][33][34]
Inzulin a IGF1
Inzulín reguluje adipogenezi prostřednictvím inzulínový růstový faktor 1 (IGF1) signalizace receptoru. Inzulin / IGF1 podporuje indukční transkripční faktory regulující terminální diferenciaci.
Wnt signalizace
Signalizace Wnt / β-katenin potlačuje adipogenezi podporou diferenciace mezenchymálních kmenových buněk na myocyty a osteocyty ale blokování závazku k adipocytární linii.[35] Wnt / β-katenin inhibuje diferenciaci preadipocytů inhibicí indukce PPARy a C / EBPα.
BMP
Kostní morfogenetické proteiny (BMP) transformují členy nadrodiny růstového faktoru β (TGFβ). BMP2 může buď stimulovat stanovení multipotentních buněk, nebo vyvolat osteogenezi prostřednictvím různých receptorových heteromerů.[36] BMP také podporuje diferenciaci preadipocytů.
Senescentní buňky
Stárnoucí Ukázalo se, že progenitorové buňky tukové tkáně v podkožní tukové tkáni potlačují adipogenní diferenciaci.[37] Snížená adipogeneze u obézních osob je způsobena spíše zvýšeným stárnutím buněk v tukové tkáni než sníženým počtem kmenových / progenitorových buněk.[38]
Reference
- ^ „Adipogeneze“. Merriam-Webster. Citováno 3. ledna 2020.
- ^ Gregoire FM, Smas CM, Sul HS (červenec 1998). "Pochopení diferenciace adipocytů". Fyziologické recenze. 78 (3): 783–809. doi:10.1152 / fyzrev.1998.78.3.783. PMID 9674695. S2CID 1538359.
- ^ Hausman GJ, Hausman DB (2006). "Hledat buňku progenitorových preadipocytů". Journal of Clinical Investigation. 116 (12): 3103–3106. doi:10,1172 / JCI30666. PMC 1679717. PMID 17143324.
- ^ Cornelius P, MacDougald OA, Lane MD (1994). "Regulace vývoje adipocytů". Každoroční přehled výživy. 14: 99–129. doi:10.1146 / annurev.nu.14.070194.000531. PMID 7946535.
- ^ Rosen ED, MacDougald OA (prosinec 2006). "Diferenciace adipocytů zevnitř ven". Recenze přírody. Molekulární buněčná biologie. 7 (12): 885–96. doi:10.1038 / nrm2066. PMID 17139329.
- ^ Rosen ED, Walkey CJ, Puigserver P, Spiegelman BM (červen 2000). "Transkripční regulace adipogeneze". Geny a vývoj. 14 (11): 1293–307. PMID 10837022.
- ^ Rodeheffer MS, Birsoy K, Friedman JM (říjen 2008). "Identifikace bílých progenitorových buněk adipocytů in vivo". Buňka. 135 (2): 240–9. doi:10.1016 / j.cell.2008.09.036. PMID 18835024.
- ^ Green H, Kehinde O (28. února 1974). "Subliny myších buněk 3T3, které akumulují lipidy". Buňka. 1 (3): 113–116. doi:10.1016/0092-8674(74)90126-3.
- ^ Green H, Kehinde O (leden 1976). "Spontánní dědičné změny vedoucí ke zvýšené přeměně tuků v buňkách 3T3". Buňka. 7 (1): 105–13. doi:10.1016/0092-8674(76)90260-9. PMID 949738.
- ^ Négrel R, Grimaldi P, Ailhaud G (prosinec 1978). „Stanovení klonální linie preadipocytů z epididymálního tukového polštářku myši ob / ob, která reaguje na inzulín a lipolytické hormony“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 75 (12): 6054–8. Bibcode:1978PNAS ... 75.6054N. doi:10.1073 / pnas.75.12.6054. PMC 393116. PMID 216011.
- ^ Chapman AB, Knight DM, Dieckmann BS, Ringold GM (prosinec 1984). "Analýza genové exprese během diferenciace adipogenních buněk v kultuře a hormonální kontrola vývojového programu". The Journal of Biological Chemistry. 259 (24): 15548–55. PMID 6392298.
- ^ Pape ME, Kim KH (květen 1988). "Vliv faktoru nekrózy nádoru na expresi genu acetyl-koenzymu A karboxylázy a diferenciaci preadipocytů". Molekulární endokrinologie. 2 (5): 395–403. doi:10.1210 / oprava-2-5-395. PMID 2901666.
- ^ Darmon M, Serrero G, Rizzino A, Sato G (duben 1981). "Izolace myoblastických, fibro-adipogenních a fibroblastických klonálních buněčných linií ze společného předchůdce a studium jejich požadavků na růst a diferenciaci". Experimentální výzkum buněk. 132 (2): 313–27. doi:10.1016/0014-4827(81)90107-5. PMID 7215448.
- ^ Jainchill JL, Aaronson SA, Todaro GJ (listopad 1969). „Viry myšího sarkomu a leukémie: stanovení pomocí klonálních linií kontaktních inhibovaných myších buněk“. Journal of Virology. 4 (5): 549–53. doi:10.1128 / jvi.4.5.549-553.1969. PMC 375908. PMID 4311790.
- ^ Todaro GJ, Green H (květen 1963). „Kvantitativní studie růstu buněk myších embryí v kultuře a jejich vývoj do zavedených linií“. The Journal of Cell Biology. 17 (2): 299–313. doi:10.1083 / jcb.17.2.299. PMC 2106200. PMID 13985244.
- ^ Aaronson SA, Todaro GJ (říjen 1968). "Vývoj linií podobných 3T3 z myších embryonálních kultur Balb-c: náchylnost k transformaci na SV40". Journal of Cellular Physiology. 72 (2): 141–8. doi:10.1002 / jcp.1040720208. PMID 4301006.
- ^ Reznikoff CA, Brankow DW, Heidelberger C (prosinec 1973). "Stanovení a charakterizace klonované linie C3H myších embryonálních buněk citlivých na postkonfluenční inhibici dělení". Výzkum rakoviny. 33 (12): 3231–8. PMID 4357355.
- ^ Allan EH, Häusler KD, Wei T, Gooi JH, Quinn JM, Crimeen-Irwin B a kol. (Srpen 2008). "Regulace EphrinB2 pomocí PTH a PTHrP odhalena molekulárním profilem v diferenciaci osteoblastů". Journal of Bone and Mineral Research. 23 (8): 1170–81. doi:10.1359 / jbmr.080324. PMID 18627264.
- ^ Yaffe D, Saxel O (22. – 29. Prosince 1977). "Sériové pasážování a diferenciace myogenních buněk izolovaných z dystrofického myšího svalu". Příroda. 270 (5639): 725–7. Bibcode:1977 Natur.270..725Y. doi:10.1038 / 270725a0. PMID 563524.
- ^ Christian CN, Nelson PG, Peacock J, Nirenberg M (květen 1977). "Tvorba synapse mezi dvěma klonálními buněčnými liniemi". Věda. 196 (4293): 995–8. Bibcode:1977Sci ... 196..995C. doi:10.1126 / science.193191. PMID 193191.
- ^ Mota de Sá P, Richard AJ, Hang H, Stephens JM (březen 2017). "Transkripční regulace adipogeneze". Komplexní fyziologie. 7 (2): 635–674. doi:10.1002 / cphy.c160022. ISBN 9780470650714. PMID 28333384.
- ^ Rosen ED, Sarraf P, Troy AE, Bradwin G, Moore K, Milstone DS a kol. (Říjen 1999). „PPAR gama je vyžadován pro diferenciaci tukové tkáně in vivo a in vitro.“ Molekulární buňka. 4 (4): 611–7. doi:10.1016 / s1097-2765 (00) 80211-7. PMID 10549292.
- ^ Tontonoz P, Hu E, Spiegelman BM (prosinec 1994). „Stimulace adipogeneze ve fibroblastech pomocí PPAR gama 2, lipidem aktivovaného transkripčního faktoru“. Buňka. 79 (7): 1147–56. doi:10.1016 / 0092-8674 (94) 90006-x. PMID 8001151.
- ^ Tamori Y, Masugi J, Nishino N, Kasuga M (červenec 2002). „Role peroxisomového proliferátoru aktivovaného receptoru-gama při udržování charakteristik zralých adipocytů 3T3-L1“. Cukrovka. 51 (7): 2045–55. doi:10.2337 / diabetes.51.7.2045. PMID 12086932.
- ^ Cao Z, Umek RM, McKnight SL (září 1991). „Regulovaná exprese tří izoforem C / EBP během tukové konverze buněk 3T3-L1“. Geny a vývoj. 5 (9): 1538–52. doi:10,1101 / gad. 5.9.1538. PMID 1840554.
- ^ MacDougald OA, Mandrup S (leden 2002). "Adipogeneze: síly, které naklánějí váhy". Trendy v endokrinologii a metabolismu. 13 (1): 5–11. doi:10.1016 / s1043-2760 (01) 00517-3. PMID 11750856.
- ^ Wu Z, Rosen ED, Brun R, Hauser S, Adelmant G, Troy AE a kol. (Únor 1999). „Křížová regulace C / EBP alfa a PPAR gama řídí transkripční cestu adipogeneze a citlivost na inzulín“. Molekulární buňka. 3 (2): 151–8. doi:10.1016 / s1097-2765 (00) 80306-8. PMID 10078198.
- ^ Ross SE, Hemati N, Longo KA, Bennett CN, Lucas PC, Erickson RL, MacDougald OA (srpen 2000). "Inhibice adipogeneze signalizací Wnt". Věda. 289 (5481): 950–3. Bibcode:2000Sci ... 289..950R. doi:10.1126 / science.289.5481.950. PMID 10937998.
- ^ Tong Q, Dalgin G, Xu H, Ting CN, Leiden JM, Hotamisligil GS (říjen 2000). "Funkce transkripčních faktorů GATA v přechodu preadipocytů-adipocytů". Věda. 290 (5489): 134–8. Bibcode:2000 sci ... 290..134 t. doi:10.1126 / science.290.5489.134. PMID 11021798. S2CID 8445774.
- ^ Schwarz EJ, Reginato MJ, Shao D, Krakow SL, Lazar MA (březen 1997). „Kyselina retinová blokuje adipogenezi inhibicí transkripce zprostředkované C / EBPbeta“. Molekulární a buněčná biologie. 17 (3): 1552–61. doi:10.1128 / mcb.17.3.1552. PMC 231881. PMID 9032283.
- ^ Choy L, Skillington J, Derynck R (květen 2000). "Role autokrinního receptoru TGF-beta a signalizace Smad v diferenciaci adipocytů". The Journal of Cell Biology. 149 (3): 667–82. doi:10.1083 / jcb.149.3.667. PMC 2174852. PMID 10791980.
- ^ Student AK, Hsu RY, Lane MD (květen 1980). "Indukce syntézy mastných kyselin v diferenciaci 3T3-L1 preadipocytů". The Journal of Biological Chemistry. 255 (10): 4745–50. PMID 7372608.
- ^ Spiegelman BM, Green H (září 1980). "Kontrola biosyntézy specifických proteinů během tukové přeměny buněk 3T3". The Journal of Biological Chemistry. 255 (18): 8811–18. PMID 6773950.
- ^ Amri EZ, Dani C, Doglio A, Etienne J, Grimaldi P, Ailhaud G (srpen 1986). „Diferenciace tukových buněk: důkazy o dvoustupňovém procesu v klonální linii Ob1754 závislé na polyaminu“. The Biochemical Journal. 238 (1): 115–22. doi:10.1042 / bj2380115. PMC 1147104. PMID 3800927.
- ^ Christodoulides C, Lagathu C, Sethi JK, Vidal-Puig A (leden 2009). „Adipogeneze a signalizace WNT“. Trendy v endokrinologii a metabolismu. 20 (1): 16–24. doi:10.1016 / j.tem.2008.09.002. PMC 4304002. PMID 19008118.
- ^ Chen D, Ji X, Harris MA, Feng JQ, Karsenty G, Celeste AJ a kol. (Červenec 1998). „Diferenciální role pro receptory kostního morfogenetického proteinu (BMP) typu IB a IA při diferenciaci a specifikaci mezenchymálních prekurzorových buněk na linie osteoblastů a adipocytů“. The Journal of Cell Biology. 142 (1): 295–305. doi:10.1083 / jcb.142.1.295. PMC 2133031. PMID 9660882.
- ^ Eckel-Mahan K, Latre AR, Kolonin MG (2020). „Expanze a vyčerpání tukových stromálních buněk: mechanismy a důsledky“. Buňky. 9 (4): 863. doi:10,3390 / buňky9040863. PMC 7226766. PMID 32252348.
- ^ Gustafson B, Nerstedt A, Smith U (2019). „Snížená subkutánní adipogeneze u lidské hypertrofické obezity souvisí se senescentními prekurzorovými buňkami“. Příroda komunikace. 10 (1): 2757. doi:10.1038 / s41467-019-10688-x. PMC 6588633. PMID 31227697.