New metabolic aspects of Leptinmuscle cell activity and biological rhythms

Resumen

Ampliar el conocimiento actual sobre las bases biológicas y moleculares de la interacción entre nutrientes clave específicos y determinados tipos celulares, como las células musculares, es de gran importancia dado que ayudará a pavimentar el camino hacia el desarrollo de nuevas estrategias para combatir enfermedades crónicas de gran prevalencia, como la obesidad y sus co-morbilidades. Así pues, en la presente tesis doctoral se plantearon dos objetivos generales. A) Estudiar el papel de ácidos grasos libres (FFA) específicos, así como más particularmente el de la hormona Leptina, en la regulación de la capacidad metabólica relacionada con el metabolismo energético, así como en la producción de mioquinas clave, en células musculares. Este estudio tiene sus precedentes en resultados previos del Laboratorio y el grupo de investigación donde se llevó a cabo la tesis. B) Investigar la presencia de ritmos circadianos o biológicos en los niveles de Leptina en leche de mamífero, junto con los de otras hormonas relacionadas con ella (Ghrelina y Adiponectina), que podrían estar relacionados con posibles aplicaciones futuras en leches de fórmula. En conjunto, los objetivos generales propuestos trataban específicamente de arrojar luz en nuevos aspectos metabólicos de la Leptina, de acuerdo con una de las principales líneas de investigación del Laboratorio y sus proyectos de investigación. Tres modelos secuenciales en el tiempo se utilizaron en esta tesis. 1- Un modelo tiempo-dependiente “reverso” in vitro, en el que se trataron células musculares C2C12 con FFA (en concreto, una mezcla fisiológica equimolar de los ácidos grasos oleico y linoleico) solos o en combinación con ejercicio-miméticos. 2- Un modelo tiempodependiente “hacia adelante”, de nuevo utilizando miocitos C2C12, para estudiar los efectos del tratamiento con Leptina (en concentraciones fisiológicas) sobre reguladores clave del metabolismo energético (tanto a nivel de expresión génica como de modificaciones post-traduccionales). 3- Una monitorización secuencial en el tiempo de ratas lactantes (las madres) (in vivo) durante diferentes días del periodo de lactancia, analizando los niveles de Leptina, Ghrelina y Adiponectina, tanto en leche como en sangre materna, junto con parámetros morfométricos. Los resultados del primer modelo se explican y discuten en el Artículo 1 de la presente tesis, los del segundo modelo en los Artículos 2 y 3, mientras que los del tercer modelo en el Artículo 4. De forma resumida, parte de los principales resultados obtenidos demostraron que tanto los ejercicio-miméticos (adrenalina y AICAR) como los FFA tienen importantes efectos induciendo la producción de interleuquina 6 (IL6) en células musculares y que los FFA potencian la inducción de IL6 dependiente de la activación de la proteína quinasa activada por AMP (AMPK) y son, por tanto, importantes candidatos como actores principales en el crosstalk músculo-tejido adiposo. Otros resultados clave muestran que la Leptina induce de forma rápida la expresión de genes importantes en la regulación del metabolismo energético en células musculares, como los que codifican para el co-activador 1α del receptor gamma activado por proliferadores peroxisomales (PGC1α), la IL6, la carnitina palmitoil transferasa 1 (CPT1), la proteína desacoplante 3 (UCP3) y la piruvato deshidrogenasa quinasa 4 (PDK4). Estos resultados concuerdan con la adaptación fisiológica de la partición de nutrientes y su oxidación en el músculo en respuesta a las condiciones del entorno. Además, el efecto temprano del tratamiento con Leptina sobre la inducción de la expresión del PGC1α debe destacarse y se sugirió que el mecanismo responsable iría más allá del efecto previamente descrito en la literatura de la Leptina como activadora de la AMPK. Ahondando en la regulación del PGC1α por Leptina en células musculares, se describió también que la Leptina probablemente juega un rol crucial en dichas células modulando las modificaciones post-traduccionales del xx PGC1α con la finalidad de adaptar la respuesta celular al entorno nutricional. Además, se descubrió que la Leptina es capaz de provocar un incremento de la expresión de la Mitofusina 2, una proteína importante en la función mitocondrial y su dinámica. En la última parte de la tesis, y ahondando aún más en el conocimiento sobre las funciones fisiológicas de la Leptina, se describió una fluctuación biológica, que encaja con un patrón circasemidiano, de los niveles de esta hormona en leche de rata durante la lactancia temprana, así como se describió también para las hormonas Ghrelina y Adiponectina. Cabe destacar también, de manera importante, que se descubrió la existencia de un ”milk Leptin surge” (un aumento transitorio y significativo de los niveles de Leptina en leche) alrededor de la mitad del periodo de lactancia, sugiriéndose que podría estar relacionado con el conocido “Leptin surge” descrito anteriormente en sangre de crías y con el desarrollo de la progenie. En resumen, los experimentos llevados a cabo y los resultados obtenidos en la presente tesis permiten describir nuevos aspectos de la Leptina en la regulación metabólica así como de otros nutrientes/moléculas señal, los FFA, en particular respecto a su función en las células musculares y los posibles papeles biológicos de la Leptina durante la lactancia.