Összefoglaló: A TRF1 a telomer shelterin komplex egyik kulcsfontosságú komponense, amely nélkülözhetetlen a telomerek védelmében, hosszának szabályozásában és a sejtek pluripotenciájának fenntartásában. Eddig ismeretlen kapcsolatot fedeztünk fel a TRF1 és az anyagcsere között. Míg a telomerek rövidülése összefüggésbe hozható az elhízással, vizsgálataink szerint a TRF1 hiányos egerek soványabbak, kevesebb zsírszövettel rendelkeznek és jobb glükóztoleranciát mutatnak még magas zsírtartalmú étrend mellett is, mindez függetlenül a telomerek rövidülésétől. Ezek az eredmények új szerepet tárnak fel a TRF1-ben az anyagcsere szabályozásában.
Bevezetés
A telomerek a kromoszómák végein található speciális védőstruktúrák, amelyek tandem ismétlődő TTAGGG DNS-szekvenciákból állnak minden gerinces fajban. Ezek a struktúrák megakadályozzák a kromoszóma végek degradációját és az end-to-end kromoszóma fúziókat. Az élet során a sejtek megújulása és osztódása miatt a telomerek fokozatosan rövidülnek az ún. „végső replikációs probléma” miatt. Amikor kritikus hosszúság alá csökkennek, tartós DNS-károsodási választ váltanak ki, ami sejtciklus-leálláshoz vagy apoptózishoz vezet, így károsítva a szöveti homeosztázist.
A rövid telomerek az öregedés egyik fő molekuláris jelei közé tartoznak, mivel számos öregedéssel kapcsolatos molekuláris és sejtes folyamatot indíthatnak el. A telomeráz egy reverz transzkriptáz enzim, amely képes meghosszabbítani a telomereket új TTAGGG ismétlődésekkel. A shelterin komplex tagjai – köztük TRF1, TRF2, TIN2, TPP1, RAP1 és POT1 – védik a telomereket. A TRF1 közvetlenül kötődik a kettős szálú telomer DNS-hez, stabilizálja azt és negatív szabályozóként gátolja a telomeráz aktivitását.
Az elhízás globális népegészségügyi probléma, amely gyakran társul az öregedéssel. Korábbi kutatások összekapcsolták a rövid vagy diszfunkcionális telomereket metabolikus betegségekkel, például elhízással vagy cukorbetegséggel. Például Terc-deficiens egerekben a rövid telomerek miatt romlik az inzulin szekréció és glükóztolerancia, ami hasonló tüneteket okoz, mint a 2-es típusú cukorbetegség.
Egyes tanulmányok kimutatták továbbá, hogy hosszú telomerekkel rendelkező egerek soványabbak és jobb anyagcsere-paramétereket mutatnak. Más shelterin komponensek – például RAP1 – hiánya pedig elhízáshoz vezethet. Egy emberi vizsgálatban pedig a TRF1 szerepét az elhízásban és a telomer rövidülés szabályozásában is kimutatták.
Eredmények
TRF1 hiányos egerek soványabbak és kevesebb zsírszövettel rendelkeznek
Kísérleteink során Trf1 génjét egész szervezetben töröltük 10 hetes kortól tamoxifen kezelés segítségével Trf1lox/lox; hUBC-CreERT2 egerekben. Nem találtunk különbséget az élettartamban, azonban már 5-6 hónapos korban jelentős testsúlycsökkenést tapasztaltunk mindkét nemnél azonos korú kontrollokhoz képest.
Histológiai vizsgálatok során nem találtunk különbséget a máj vagy fehér zsírszövet tekintetében, azonban barna zsírszövetben kevesebb és kisebb lipidcseppeket figyeltünk meg TRF1 hiányos egerekben. Telomer Q-FISH vizsgálatokkal igazoltuk, hogy ez nem jár együtt telomer rövidüléssel.
DEXA mérések megerősítették a jelentős zsírvesztést mindkét nemnél 40 és 80 hetes korban is; csont ásványianyag-sűrűségben nem volt eltérés. Vérplazmában LDL koleszterin szint emelkedett volt fiatalabb állatokban mindkét nemben, míg idősebbeknél csökkent triglicerid szinteket mértünk.
Javult glükóz- és inzulin-anyagcsere idősebb korban
36 hetes korban javult glükóztoleranciát tapasztaltunk főként nőstény Trf1-deficiens egerekben; 80 hetesen pedig mindkét nemnél jobb glükóz- és inzulin-tolerancia volt kimutatható. Éhezés után azonban hasonló vércukor- és inzulinszinteket mértek mindkét csoportban.
A HOMA-IR (inzulinrezisztencia) értékek csökkentek, míg QUICKI (inzulin érzékenység) értékek növekedtek Trf1 hiányos egerekben idősebb korban, ami jobb inzulinérzékenységet jelez.
Normál fizikai aktivitás mellett fokozott anyagcsere
Metabolikus ketrec vizsgálatok során 43 hetes nőstény Trf1-deficiens egerek több szén-dioxidot termeltek (VCO2), nagyobb energiafelhasználást mutattak és többet ettek kontroll társaikhoz képest. Fizikai aktivitásuk azonban nem volt jelentősen eltérő.
82 hetes korban mindkét nemnél csökkent VO2 (oxigénfogyasztás), VCO2 és energiafelhasználás volt mérhető Trf1 hiány esetén.
Molekuláris mechanizmusok: génexpressziós változások
15 hetes nőstény egerek májából végzett RNA-seq elemzés korai időpontban még testsúlykülönbség előtt mutatott ki eltéréseket: megnövekedett májtömeg mellett csökkent fehér zsírszövet tömeg volt jellemző Trf1-deficiens állatokra.
GSEA elemzés szerint megnőtt a koleszterin bioszintézis és gyulladásos útvonalak (IL6-JAK-STAT3, TNFA-NFKB) aktivitása; ezzel párhuzamosan csökkent myogenezis, citrát ciklus (TCA), oxidatív foszforiláció és PPAR jelátviteli utak expressziója.
Májban fokozott makrofág infiltrációt (F4/80 festés) és fibrotikus átalakulást (Sirius Red festés) találtunk idősebb nőstényeknél; emellett fokozott DNS-károsodást is kimutattunk (H2AX festés).
Magas zsírtartalmú étrend mellett is soványabbak maradnak Trf1 hiányos hím egerek
Magas zsírtartalmú diéta hatására Trf1-deficiens hím egerek alacsonyabb testsúllyal, kevesebb zsírtartalommal és adipositással rendelkeztek kontroll társaikhoz képest; nőstényeknél ez nem volt szignifikáns.
A bélbolyhok hossza nem változott, kizárva az atrophia lehetőségét. HDL koleszterin szint mindkét nemben csökkent volt; LDL koleszterin szint pedig főként nőstényeknél alacsonyabb volt.
A vese működésének indikátora (BUN) alacsonyabb volt Trf1-deficiens hímeknél; barna zsírszövet tömege is csökkent náluk.
Javult glükóztolerancia magas zsírtartalmú étrenden
Glükóztolerancia teszten Trf1 hiányos hím egerek jobban tolerálták a glükózt magas zsírtartalmú étrenden is; nőstényeknél ez nem volt kimutatható.
A légzőkvóciensek (RQ) alapján Trf1-deficiens hímek inkább fehérjét és zsírt használnak energiaforrásként szemben kontrollokkal, akik főként zsírt égetnek.
Megbeszélés
Kutatásunk új összeköttetést tár fel a TRF1 shelterin fehérje szerepe között az anyagcsere szabályozásában: annak hiánya soványabb testalkatot eredményez kevesebb zsírlerakódással és jobb glükóz- valamint inzulin-anyagcserével függetlenül attól, hogy nincs változás a telomer hosszúságában.
A TRF1 hiánya fokozza az energiafelhasználást fiatalabb nőstényekben anélkül, hogy növelné fizikai aktivitást vagy csökkentené az ételfogyasztást. A légzőkvóciensek alapján pedig arra utalnak adatok, hogy Trf1-deficiens egerek más energiaforrásokat is használnak zsír mellett.
Molekuláris szinten gyulladásos útvonalak aktiválódnak (pl. NF-κB), amelyek ismerten növelik az energiafelhasználást és gátolják az elhízást egyes modellekben. Ezzel párhuzamosan fontos metabolikus útvonalak – mint oxidatív foszforiláció vagy PPAR jelzés – lecsökkennek, ami csökkenti a zsírlerakódást.
Eredményeink arra utalnak továbbá, hogy TRF1 szerepet játszhat az adipocita progenitor sejtek működésében is: hiánya gátolhatja ezek proliferációját vagy differenciálódását így csökkentve az új zsírsejtek képződését.
Bár májban enyhe gyulladásos folyamatokat és fibrotikus átalakulást találtunk TRF1 hiány esetén – valószínűleg DNS-károsodás miatt –, ezek klinikailag nem okoznak súlyos májkárosodást.
Összegzésként: A TRF1 shelterin fehérje eddig ismeretlen módon befolyásolja az anyagcserét: hiánya sovány testalkathoz vezet kevesebb zsírlerakódással és jobb glükózháztartással függetlenül attól, hogy nincs hatása a telomer hosszára.
Ez új perspektívát nyit meg az öregedéshez kapcsolódó metabolikus betegségek molekuláris hátterének megértésében.