New metabolic aspects of Leptinmuscle cell activity and biological rhythms

Resum

Engrandir el coneixement actual sobre les bases biològiques i moleculars de la interacció entre nutrients clau específics i determinats tipus cel·lulars, com ara les cèl·lules musculars, és molt important donat que ajudaria a pavimentar el camí cap al desenvolupament de noves estratègies per combatre malalties cròniques de gran prevalença, com la obesitat i les seves comorbiditats. Així doncs, a la present tesi doctoral es varen plantejar dos objectius generals. A) Estudiar el paper d’àcids grassos lliures (FFA) específics, així com més particularment el de l’hormona Leptina, a la regulació de la capacitat metabòlica relacionada amb el metabolisme energètic, així com la producció de mioquines clau, en cèl·lules musculars. Aquest estudi té els seus precedents en resultats previs del laboratori i del grup de recerca on es va dur a terme la tesi. B) Investigar la presència de ritmes circadiaris o biològics en els nivells de Leptina en llet de mamífer, juntament amb els d’altres hormones relacionades amb ella (Ghrelina i Adiponectina), que podrien estar relacionats amb possibles aplicacions futures en llets de fórmula. En conjunt, els objectius generals proposats tractaven específicament de donar llum a nous aspectes metabòlics de la Leptina, d’acord amb una de les línies principals de recerca del laboratori i dels seus projectes d’investigació. Tres models seqüencials en el temps es van utilitzar en aquesta tesi. 1- Un model temps-depenent “revers” in vitro, en el que es tractaren cèl·lules musculars C2C12 amb FFA (en concret, una mescla fisiològica equimolar dels àcids grassos oleic i linoleic) tot sols o en combinació amb exercici-mimètics. 2- Un model temps-depenent “cap endavant”, novament utilitzant miòcits C2C12, per a estudiar els efectes del tractament amb Leptina (en concentracions fisiològiques) sobre reguladors clau del metabolisme energètic (tant a nivell d’expressió gènica com de modificacions post-traduccionals). 3- Una monitorització seqüencial en el temps de rates lactants (les mares) (in vivo) durant diferents dies del període de lactància, analitzant els nivells de Leptina, Ghrelina i Adiponectina, tant a llet com a sang materna, juntament amb paràmetres morfomètrics. Els resultats del primer model s’expliquen i discuteixen a l’Article 1 de la present tesi, els del segon model als Articles 2 i 3, mentre que els del tercer model a l’Article 4. De forma resumida, part dels principals resultats obtinguts van demostrar que tant els exercici-mimètics (adrenalina i AICAR) com els FFA mostren importants efectes induint la producció de la interleuquina 6 (IL6) en cèl·lules musculars i que els FFA potencien la inducció de IL6 depenent de l’activació de la proteïna quinasa activada per AMP (AMPK) i són, per tant, importants candidats com actors principals al crosstalk múscul-teixit adipós. Altres resultats clau mostren que la Leptina indueix de forma ràpida l’expressió de gens importants en la regulació del metabolisme energètic en cèl·lules musculars, com ara els que codifiquen per al co-activador 1α del receptor gamma activat per proliferadors peroxisomals (PGC1α), la IL6, la carnitina palmitoil transferasa 1 (CPT1), la proteïna desacoblant 3 (UCP3) i la piruvat deshidrogenasa quinasa 4 (PDK4). Aquests resultats concorden amb l’adaptació fisiològica de la partició de nutrients i la seva oxidació en el múscul en resposta a l’entorn. A més a més, l’efecte primerenc del tractament amb Leptina sobre la inducció de l’expressió del PGC1α ha de ser destacada i es va suggerir que el mecanisme responsable aniria més enllà de l’efecte prèviament descrit a la literatura de la Leptina com activadora de l’AMPK. Aprofundint en la regulació del PGC1α per Leptina a cèl·lules musculars, es va descriure també que la Leptina probablement juga un rol crucial en dites cèl·lules modulant les modificacions posttraduccionals del PGC1α amb la finalitat d’adaptar la resposta cel·lular a l’entorn nutricional. A més a més, es va descobrir que la Leptina és capaç de provocar un xxii increment de l’expressió de la Mitofusina 2, una proteïna important per a la funció mitocondrial i la seva dinàmica. En la darrera part de la tesis, i profunditzant encara més en el coneixement damunt les funcions fisiològiques de la Leptina, es va descriure una fluctuació biològica, que encaixa amb un patró circasemidiari, dels nivells d’aquesta hormona en llet de rata durant la lactància primerenca, així com es va descriure també per a les hormones Ghrelina i Adiponectina. Cal destacar també, de forma molt important, que es va descobrir l’existència d’un “milk Leptin surge” (un augment transitori i significatiu dels nivells de Leptina a la llet) envoltant la meitat del període de lactància, suggerint que podria estar relacionar amb el conegut “Leptin surge” descrit anteriorment a sang de cries i amb el desenvolupament de la progènie. En resum, els experiments duts a terme i els resultats obtinguts a la present tesi permeten descriure nous aspectes de la Leptina en la regulació metabòlica així com d’altres nutrients/molècules senyal, com ara els FFA, en particular respecte a la seva funció en les cèl·lules musculars i els possibles papers biològics de la Leptina durant la lactància.