Anàlisi del fenotip resultant de la modificació de l’expressió del gen 3-Hidroxi-3-metilglutaril-CoA sintasa mitocondrial

Abstract

[cat] La cetogènesi és el procés mitocondrial pel qual es sintetitzen els cossos cetònics (acetoacetat, 3-hidroxibutirat i acetona) a partir de l’acetil-CoA provinent de la degradació dels àcids grassos. És un procés mitocondrial i l’enzim clau de la via és la 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA sintasa mitocondrial (HMGCS2). La regulació de l’HMGCS2 ha estat àmpliament estudiada i es coneixen les hormones (glucagó, insulina, dexametasona), situacions metabòliques (dieta grassa, dejuni-realimentació, lactància, exercici perllongat) o patològiques (diabetis) que la regulen. Durant la darrera dècada s’atribueix als cossos cetònics un paper com a molècules senyalitzadores.

Per tal d’aprofundir en l’estudi d’aquest paper, en la present tesi doctoral ens hem plantejat estudiar les conseqüències de la modificació de l’expressió del gen HMGCS2. Amb aquest objectiu, hem realitzat experiments en cèl·lules HepG2 de sobreexpressió i disminució de l’expressió del gen HMGCS2 que ens han permès demostrar que l’HMGCS2 és necessària per la inducció de l’oxidació d’àcids grassos mitjançada per PPARα. També hem demostrat que l’HMGCS2 regula positivament l’expressió d’FGF21, un gen diana de PPARα implicat en l’homeòstasi energètica per un mecanisme que implica la sirtuina SIRT1. D’altra banda, s’ha reduït l’expressió del gen HMGCS2 en ratolins de forma aguda mitjançant la injecció d’adenovirus codificants per shRNAs i se n’ha analitzat el fenotip. S’ha identificat, mitjançant un anàlisi massiu d’expressió gènica, el gen Fat specific protein 27 (Fsp27/CIDEC), una proteïna implicada en la formació de gotes lipídiques, com a potencial gen diana de l’HMGCS2. Finalment, s’ha aprofundit en els mecanismes de regulació del gen Fsp27/CIDEC demostrant que aquest s’indueix fortament durant el dejuni a nivell hepàtic.

[eng] Ketogenesis is a mitochodrial pathway by which ketone bodies (acetoacetat, 3-hydroxybutyrate and acetone) are syntesized from the acetyl- CoA comming from fatty acid oxidation. The key enzyme of this pathway is mitochondrial 3-hydroxy-3-metylglutaryl-CoA synthase (HMGCS2). The regulation of HMGCS2 has been widely studied: it is known that hormones (glucagon, insulin, dexamethasone), metabolic situations (dietary fat, fastfeeding, lactation, prolonged exercise) or pathologies (diabetes) regulate its expression. During the last decade, evidence is emerging that ketone bodies could act as signaling molecules.

To further study this role, in this thesis we studied the consequences of the modification of HMGCS2 gene expression. To this end, we performed experiments in HepG2 cells by overexpression and down regulation of HMGCS2 gene, which allowed us to demonstrate that HMGCS2 is necessary for the induction of fatty acid oxidation mediated by PPARα. We have also shown that HMGCS2 positively regulates the expression of FGF21, a PPARα target gene involved in energy homeostasis by a mechanism that involves sirtuin SIRT1. On the other hand, we have down regulated HMGCS2 acutely in mice by injection of adenovirus encoding for shRNAs and we have analysed the phenotype of these mice. Through a massive analysis of gene expression, we have identified Fat specific protein 27 (Fsp27/CIDEC), a protein involved in the formation of lipid droplets, as a potential target of HMGCS2. Finally, we explored the mechanisms of Fsp27/CIDEC gene regulation demonstrating that it is strongly induced during fasting in liver.