Сигналізація лептину регулює гомеостаз глюкози, але не адипостаз, у PNAS у даніо
- Знайдіть цього автора на Google Scholar
- Знайдіть цього автора на PubMed
- Шукайте цього автора на цьому сайті
- Для листування: [email protected]
Відредаговано Стівеном А. Фарбером, Науковий інститут Карнегі, Балтимор, доктор медичних наук, і прийнято редакційною комісією 26 січня 2016 р. (Отримано на огляд 9 липня 2015 р.)
Значимість
Гормон лептин гомеостатично підтримує довготривалі запаси жиру у ссавців. Створений адипоцитами пропорційно загальній жировій масі, лептин функціонує, регулюючи поведінковий, вегетативний та ендокринний контури в ЦНС для контролю над споживанням та витратою енергії. Оскільки лептин сигналізує про харчову достатність, він також діє як фактор затвора для репродуктивного дозрівання та компетентності. Дефектний сигнал лептину у ссавців призводить до гіперфагії, ожиріння, діабету та безпліддя. Набагато менше відомо про лептин у хребетних тварин, що не мають ссавців; однак гомолог телеоптичного лептину в основному не експресується в адипоцитах. Тут ми показуємо, що лептин данио не потрібен для адипостазу, прийому їжі або розмноження. Однак ми показуємо тут, що, як і у ссавців, лептин даніо зберігає роль у регуляції гомеостазу глюкози.
Анотація
Гормон лептин був ідентифікований в адипоцитах ссавців (1) і добре характеризувався у мишей та людей як адипостатичний гормон. Він виділяється в сироватці пропорційно жировій масі і гомеостатично регулює жирову масу, головним чином, шляхом зв’язування з окремими рецепторами лептину, що виражається в поведінкових, ендокринних та вегетативних ланцюгах управління в центральній нервовій системі (2, 3). Невдача сигналів лептину через мутації генів лептину або рецепторів лептину призводить до гіперфагії та гіпометаболізму, що спричиняє надзвичайне ожиріння, діабет та безпліддя. Лептин і рецептори лептину дуже збережені серед видів ссавців. Білки лептину миші та людини ідентичні на 83%, а білки рецепторів лептину ідентичні на 75%. Однак амінокислотні послідовності лептину та рецептора лептину ссавців менш добре зберігаються у послідовностей нижчих хребетних. Дійсно, використання гомології первинної послідовності не змогло ідентифікувати ген лептину у риб чи птахів; хромосомний синтез в кінцевому рахунку був використаний для ідентифікації гена в цих класах хребетних (4). Наприклад, білок лептину даніо на 19% ідентичний білку людини.
Результати
Мутація рецептора лептину у дорослих даніо має обмежений вплив на розмір тіла, вагу, ожиріння та годування.
Геном даніо містить один ген рецептора лептину (lepr) (11) та два гени лептину, lepa та lepb (12). Для вивчення системи лептину на телеостах ми отримали лінію даніо, що експресує мутантну форму рецептора лептину (13). Алель sa1508, отриманий шляхом скринінгу на мутації після мутагенезу N-етил-N-нітрозосечовини (ENU), являє собою безглузду мутацію C>, яка призводить до передчасного зупинки кодону після запуску цитоплазматичного домену рецептора (рис. S1A ). Цей мутант порівнянний із несигнальною усіченою ізоформою рецептора лептину у мишей db/db (14) та райдужної форелі (15).
Вирівнювання білка для передбачуваних мутацій. (A) Жирним шрифтом на послідовності leprb миші вказані цитоплазматичні амінокислоти 13–24 та 31–36, які, як було показано, є важливими для рекрутування та активації Jak2. Оточені коробочкою амінокислоти, що містять трансмембранний домен і мотив Box1. (B) Вирівнювання WT данорів та алентів мутантних леп, перевірених на кількість β-клітин. Ми виявили два алелі у гетерозиготних риб F1, які призвели до однакових ранніх стоп-кодонів між спіралями А та В лепи. Стоп-кодони позначені зірочкою; залишкові С-кінцеві амінокислоти вказані в кінці послідовності. АА, амінокислота; DaRe, Danio rerio; MuMu, Mus musculus; OnMy, Oncorhynchus mykiss.
Мутація рецептора лептину у даніо не впливає на фертильність.
Додатковим фенотипом дефіциту лептину у мишей та людей є безпліддя (17, 18). Тому ми досліджували репродуктивну здатність шляхом схрещування побратимів дикого типу, а також дорослих мутантів lepr sa1508/sa1508 та оцінюючи продуктивність та ефективність племінних подій (рис. 2). Репродуктивну продуктивність визначали, підраховуючи розміри окремих кладок п’яти пар кожного генотипу зі змінними періодами поділу (щоденне розведення, 3-4 дні, 6 днів або ≥8 днів розділення). Розмір кладки збільшується залежно від часу розставання батьків, але не спостерігається впливу генотипу на кількість запліднених яєць (рис. 2А) або частоту успішних розмножень (рис. 2Б).