NCU-G1s rolle i energimetabolismen i skjelettmuskel : - Mulig modulator av PPAR og potensiell betydning for metabolsk syndrom

Abstract

Innledning: Skjelettmuskel er et viktig vev involvert i oksidasjon av lipider og glukose, og vil kunne påvirke energihomeostasen for hele organismen. Skjelettmuskel spiller også en viktig rolle i utvikling av fedme og insulinresistens, som er viktige faktorer i metabolsk syndrom. Peroksisom proliferator-aktiverte reseptorer (PPAR) spiller viktige roller i reguleringen av energimetabolismen i skjelettmuskel. PPAR er ligandavhengige kjernereseptorer som krever både ligander og koregulatorer for å regulere transkripsjon av målgener. Nyrepredominant protein, NCU-G1, er et protein med ukjent funksjon. Det har blitt vist at NCU-G1 stimulerer PPARα-kontrollert genekspresjon, og NCU-G1 er derfor en mulig koaktivator for PPARα. For å undersøke NCU-G1s mulige funksjoner, ble en NCU-G1-knockout-musemodell opprettet, og preliminære studier på disse dyrene tydet på at det forelå en endret fibertypesammensetning. Basert på disse resultatene, var formålet med denne oppgaven å studere NCU-G1s rolle i energimetabolismen i skjelettmuskel, ved å sammenligne myotuber fra NCU-G1-knockout- og villtype-mus.

Metode: Skjelettmuskelbiopsier ble tatt fra NCU-G1-knockout- og villtype-mus. Kulturer av satellittceller ble etablert, og satellittcellene ble prolifert og differensiert til flerkjernede myotuber. Myotubene ble forbehandlet med enten PPARα-agonist (GW 7647) eller PPARβ-agonist (GW 501516). Fettsyre- og glukosemetabolisme ble undersøkt ved hjelp av substratoksidasjonsforsøk ved å inkubere myotubene i 4 timer med [1-14C]oljesyre eller [14C(U)]glukose. mRNA-uttrykket av et utvalg gener involvert i energimetabolismen i skjelettmuskel ble undersøkt ved hjelp av real-time RT-PCR. Proteinuttrykk ble undersøkt ved hjelp av Westernblotting.

Resultater: Preliminære data tyder på lavere oljesyreoksidasjon og høyere glukoseoksidasjon hos knockout-myotubene sammenlignet med villtype-myotubene. Forbehandling med en PPARα-agonist stimulerte oljesyreoksidasjon hos både knockout- og villtype-myotuber, uten forskjell mellom donorgruppene. Forbehandling med en PPARβ-agonist stimulerte også oljesyreoksidasjon hos både knockout- og villtype-myotuber, men med en høyere respons hos knockout-myotubene. På mRNA-nivå ble det observert et høyere uttrykk av Angptl4 hos knockout-myotubene, mens samtlige av de andre utvalgte genene var nedregulert. Forbehandling med PPARα- og PPARβ-agonister økte uttrykket av flere PPAR-regulerte gener i begge donorgruppene, men økningen var noe mindre i knockout-myotubene. Proteinuttrykket av Angptl4 viste ingen forskjell mellom donorgruppene.

Diskusjon og konklusjon: Resultatene presentert i denne oppgaven viste en tendens til at det forelå en endret energimetabolisme hos myotuber fra NCU-G1-knockout-mus. Dette kan tyde på at NCU-G1 har en rolle i reguleringen av energimetabolismen i skjelettmuskel. Resultatene indikerer at NCU-G1 trolig kan fungere som en koregulator for PPAR, men at den utviser en viss grad av selektivitet mot hvilke gener og funksjoner som påvirkes. Videre studier er nødvendig for å utforske NCU-G1s rolle i energimetabolismen i skjelettmuskel.

Introduction: Skeletal muscle is an important tissue involved in oxidation of lipids and glucose, and could affect the metabolic budget for the whole organism. Skeletal muscle also plays an important role in the development of obesity and insulin resistance, which are important factors of the metabolic syndrome. Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) play important roles in the regulation of energy metabolism in skeletal muscle. PPARs are ligand-dependent nuclear receptors, which require both ligands and co-regulators to regulate transcriptional activity of target genes. Kidney predominant protein, NCU-G1, is a protein with unknown function. It has been shown that NCU-G1 stimulates PPARα-controlled gene expression, and NCU-G1 is therefore a potential co-activator for PPARα. To explore NCU-G1’s potential functions, an NCU-G1-knockout-mouse model was established, and preliminary studies on these animals indicated an altered muscle fiber type composition. Based on these data, the object of this thesis was to study the function of NCU-G1 in skeletal muscle, by comparing myotubes from NCU-G1-knockout- and wild type-mice.

Methods: Skeletal muscle biopsies were taken from NCU-G1-knockout- and wild type-mice. Cultures of satellite cells were established, and the satellite cells were proliferated and differentiated into multinuclear myotubes. The myotubes were pre-treated with either PPARα-agonist (GW 7647) or PPARβ-agonist (GW 501516). Fatty acid- and glucose-metabolism were examined by substrate oxidation assays by incubating the myotubes for 4 hours with either [1-14C]oleic acid or [14C(U)]glucose. The mRNA-expression of a selection of genes involved in energy metabolism in skeletal muscle was examined by real-time RT-PCR. Protein expression was examined by Western blotting.

Results: Preliminary results indicate reduced oleic acid oxidation and increased glucose oxidation in knockout-myotubes compared to wild type-myotubes. Pre-treatment with a PPARα-agonist stimulated oleic acid oxidation in both knockout- and wild type-myotubes, with no differences between the two donor groups. Pre-treatment with a PPARβ-agonist also stimulated oleic acid oxidation in both knockout- and wild type-myotubes, but with a higher response in the knockout-myotubes. At the mRNA-level there was observed a higher expression of Angplt4 in the knockout-myotubes, while all the other selected genes were down regulated. Pre-treatment with either a PPARα- or PPARβ-agonist increased the expression of several PPAR-regulated genes in both donor groups, but the increase was somewhat smaller in the knockout-myotubes. The protein expression of Angptl4 did not show any difference between the two donor groups.

Discussion and conclusion: The results presented in this thesis showed a tendency of an altered energy metabolism in myotubes from NCU-G1-knockout-mice. This may indicate that NCU-G1 has a role in regulating energy metabolism in skeletal muscle. The results indicate that NCU-G1 probably can function as a co-regulator for PPAR, but it shows a certain degree of selectivity toward which genes and functions that are affected. Further studies are needed to elucidate the role of NCU-G1 in energy metabolism in skeletal muscle.