脂肪細胞は、PPARγ活性の低下とTGFβ-SMADシグナル伝達の上昇により、肥満中に細胞の同一性を維持できません

目的：過剰栄養による肥満は、脂肪組織の機能不全を引き起こします。これは、2型糖尿病（T2D）およびその他の代謝障害への道の重要な病理学的ステップです。この研究では、脂肪細胞が肥満中に不健康な状態に移行する基本的な分子メカニズムについて公平な調査を実施しました。 方法：核タグ付けと翻訳リボソーム親和性浄化（栄養素）レポーターマウスを使用して、脂肪細胞固有のマウスと交差したレポーターマウス1）転写プロファイル（RNA-seq）、2）プロモーターおよびエンハンサー活性（H3K27ACチップセック）、3）および10週間、チャウまたは高脂肪食（HFD）を与えられたマウスのPPARγCISTROME（CHIP-SEQ）プロファイル。また、HFDフィードマウスの脂肪細胞の遺伝子発現と細胞状態に対するPPARγアゴニストロシグリタゾン（ROSI）の衝撃を評価しました。これらのデータを統合して、HFDに対する脂肪細胞応答の根底にある転写因子を決定し、3T3-L1脂肪細胞のshRNAを介した機能喪失アプローチを使用して機能的研究を実施しました。 結果：HFD給電マウスの脂肪細胞は、細胞骨格組織に関与する筋線維芽細胞マーカー遺伝子の発現の減少を示し、細胞内のアクチンフィラメント構造の形成を伴う細胞骨格組織に関与する筋線維芽細胞マーカー遺伝子の発現を促進しました。PPARγ結合は、HFD摂食後の脂肪細胞で世界的に減少し、ROSIはHFD摂食に関連する脂肪細胞の分子および細胞表現型を回復しました。TGFβ1エフェクタータンパク質SMADがHFD誘導プロモーターおよびエンハンサーで濃縮され、筋線維芽細胞のシグネチャ遺伝子に関連することを特定しました。成熟3T3-L1脂肪細胞のTGFβ1治療は、in vivoでHFD後に見られたものと同様の遺伝子発現および細胞変化を誘導し、SMAD3のノックダウンはTGFβ1の効果を鈍らせた。 結論：我々のデータは、脂肪細胞がHFD摂食後に細胞の同一性を維持できないことを示しています。PPARγ活性の低下とTGFβ-SMADシグナル伝達の上昇により、筋線維芽細胞様細胞型の特性を獲得しています。この細胞アイデンティティの危機は、肥満中の脂肪組織の機能的低下を促進する基本的なメカニズムである可能性があります。

OBJECTIVE: Obesity due to overnutrition causes adipose tissue dysfunction, which is a critical pathological step on the road to type 2 diabetes (T2D) and other metabolic disorders. In this study, we conducted an unbiased investigation into the fundamental molecular mechanisms by which adipocytes transition to an unhealthy state during obesity. METHODS: We used nuclear tagging and translating ribosome affinity purification (NuTRAP) reporter mice crossed with Adipoq-Cre mice to determine adipocyte-specific 1) transcriptional profiles (RNA-seq), 2) promoter and enhancer activity (H3K27ac ChIP-seq), 3) and PPARγ cistrome (ChIP-seq) profiles in mice fed chow or a high-fat diet (HFD) for 10 weeks. We also assessed the impact of the PPARγ agonist rosiglitazone (Rosi) on gene expression and cellular state of adipocytes from the HFD-fed mice. We integrated these data to determine the transcription factors underlying adipocyte responses to HFD and conducted functional studies using shRNA-mediated loss-of-function approaches in 3T3-L1 adipocytes. RESULTS: Adipocytes from the HFD-fed mice exhibited reduced expression of adipocyte markers and metabolic genes and enhanced expression of myofibroblast marker genes involved in cytoskeletal organization, accompanied by the formation of actin filament structures within the cell. PPARγ binding was globally reduced in adipocytes after HFD feeding, and Rosi restored the molecular and cellular phenotypes of adipocytes associated with HFD feeding. We identified the TGFβ1 effector protein SMAD to be enriched at HFD-induced promoters and enhancers and associated with myofibroblast signature genes. TGFβ1 treatment of mature 3T3-L1 adipocytes induced gene expression and cellular changes similar to those seen after HFD in vivo, and knockdown of Smad3 blunted the effects of TGFβ1. CONCLUSIONS: Our data demonstrate that adipocytes fail to maintain cellular identity after HFD feeding, acquiring characteristics of a myofibroblast-like cell type through reduced PPARγ activity and elevated TGFβ-SMAD signaling. This cellular identity crisis may be a fundamental mechanism that drives functional decline of adipose tissues during obesity.