Regulación de la adipogénesis y termogénesis por apc/c-cdh1consecuencias fisiológicas in vivo

Resumen

El sobrepeso y la obesidad se definen como una acumulación anormal o excesiva de grasa que puede ser perjudicial para la salud. Para su diagnóstico se utiliza, como valor indicativo, el índice de masa corporal (IMC), que se calcula dividiendo el peso de una persona en kilogramos por el cuadrado de su talla en metros (kg/m2). Así, un IMC igual o superior a 25 puede indicar sobrepeso, y un valor igual o superior a 30 sugiere obesidad (WHO, 2017). En la actualidad, el sobrepeso y la obesidad se han convertido en un problema de salud mundial de proporciones pandémicas. La adipogénesis es el proceso mediante el cual los preadipocitos, células de morfología fibroblástica, se diferencian a adipocitos maduros cargados de lípidos y sensibles a insulina. Uno de los acontecimientos más tempranos en la adipogénesis es una breve oleada proliferativa (denominada expansión clonal), seguida de una parada del ciclo celular y la diferenciación terminal. La expansión clonal supone una transición G1-S, lo que confiere a los reguladores de ciclo importantes funciones pro/antiadipogénicas. La transición G1-S depende de la reactivación de los complejos Cdk/ciclina de G1 y G1-S (Cdk4 y Cdk6, cuya actividad quinasa depende de su unión a ciclinas tipo D; y Cdk2, mediante su interacción con ciclina E). Así, varios trabajos han puesto de manifiesto el papel de los complejos Cdk/ciclina promoviendo la expansión clonal, además del papel negativo sobre la misma de los inhibidores de la actividad CDK, como p21 y 27. Por otro lado, los reguladores de ciclo también participan en la diferenciación adipogénica mediante mecanismos independientes de la expansión clonal. El complejo promotor de la anafase/ciclosoma (APC/C) es una E3 ubiquitina-ligasa que controla la progresión del ciclo celular durante las fases M y G1, y para el reconocimiento de sus sustratos necesita la interacción con los cofactores Cdh1 (Cdc20-homolog 1, codificado por el gen Fzr1 en mamíferos) o Cdc20 (Cell-division cycle protein 20), promoviendo la ubiquitinación y degradación de ciclinas mitóticas y otros reguladores. APC/C-Cdh1 posee una extensa lista de sustratos, y aún hoy en día se siguen identificando nuevos candidatos. Estos sustratos participan en funciones muy diversas, lo que confiere a APC/C-Cdh1 un rol muy importante en numerosos procesos biológicos. Así, no sólo regula el ciclo celular en células proliferativas, sino que, además, es considerado clásicamente como un promotor de distintos procesos de diferenciación celular, ayudando también a mantener el estado de quiescencia asociado a la misma. Nada hay descrito sobre APC/C-Cdh1 en el proceso adipogénico, ni en la fisiología del adipocito maduro. Como ya se ha detallado, clásicamente APC/C-Cdh1 se considera un promotor de la diferenciación, por lo que cabría pensar que APC/C- Cdh1 podría también promover la adipogénesis. Sin embargo, esto choca con el papel antiadipogénico de otras proteínas del ciclo celular estabilizadas por APC/C-Cdh1 (p21, p27...). Por otro lado, Cdh1 también juega múltiples funciones en la fisiología de diferentes tipos celulares ya diferenciados, como neuronas postmitóticas. Bajo estas premisas, y teniendo en cuenta el interés creciente por identificar nuevas dianas en el tratamiento de la obesidad, cobra relevancia estudiar el posible papel de APC/C-Cdh1 en la adipogénesis y en la fisiología del adipocito maduro. Nos planteamos los siguientes objetivos: 1. Estudiar si APC/C-Cdh1 participa en la diferenciación adipogénica, in vitro. Y, en su caso, identificar el mecanismo molecular subyacente. 2. Analizar si Cdh1 juega algún papel en la fisiología del adipocito maduro, in vitro. 3. Evaluar in vivo las consecuencias fisiológicas de la depleción de Cdh1 durante todo el proceso adipogénico. 4. Determinar, in vivo, el impacto fisiológico de la pérdida de Cdh1 exclusivamente en adipocitos maduros. El trabajo incluido en esta memoria finalmente ha permitido conocer que: 1. Cdh1 posee una notable actividad antiadipogénica, inhibiendo tanto la expansión clonal como la diferenciación terminal de los precursores adipocíticos. 2. APC/C-Cdh1 restringe la expansión clonal probablemente al reducir la actividad CDK mediante la estabilización de los inhibidores de Cdks p21 y p27. 3. La actividad represora que ejerce Cdh1 sobre la diferenciación terminal es independiente de APC/C y está mediada por la inhibición de la actividad PI3K/AKT, inhibición que sería consecuencia de la estabilización proteica de PTEN. 4. Los adipocitos maduros carentes de Cdh1 presentan niveles proteicos de UCP1 anormalmente elevados. 5. La degradación proteica de UCP1 depende del proteasoma y de Cdh1. 6. Al menos en células quiescentes, la degradación de UCP1 dependería de Cdh1 y de su ‘caja D’. Por tanto UCP1 podría ser sustrato directo de APC/C-Cdh1. 7. La depleción de Cdh1 en estadíos tempranos de la adipogénesis da lugar a ratones con fenotipo obeso, mayor peso corporal y mayor adiposidad. Al ser expuestos al frío, estos animales muestran mayor capacidad termogénica y reversión del fenotipo obeso. 8. La depleción de Cdh1 en adipocitos maduros genera ratones protegidos frente a la obesidad, más delgados, con más grasa marrón y menores depósitos de grasa visceral. Además, estos ratones muestran mayor tolerancia al frío. 9. Los niveles proteicos y de mRNA de Cdh1 en grasa blanca y marrón parecen estar modulados en función de la temperatura ambiental. 10. En resumen, Cdh1 parece jugar un papel muy relevante en la fisiología del tejido adiposo, regulando la termogénesis al restringir la formación de nuevos adipocitos y la acumulación en éstos de UCP1.