Maternal obesity, AMPK and fetal brown adipogenesis

母亲肥胖、AMPK 和胎儿棕色脂肪形成

基本信息

  • 批准号:
    10220090
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.11万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-09-27 至 2022-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Maternal obesity, AMPK and fetal brown adipogenesis Min Du Developmental Biology Group, Washington State University, Pullman, WA 99164 ABSTRACT SIGNIFICANCE: Up to 35% of pregnant American women are clinically obese, and additional women are with gestational diabetes, conditions which affect fetal development with long-term consequences for offspring health, including pre-disposition to obesity and type 2 diabetes. The underlying mechanisms remain poorly defined. RATIONALE: Brown adipose tissue (BAT) and beige adipocytes burn lipids to generate heat; thus, enhancing BAT function prevents obesity, diabetes and metabolic disorders. We found that maternal obesity (MO) impairs fetal BAT development, which has long-term negative impacts on BAT and beige adipocyte thermogenesis in adults. Fetal BAT development involves both brown/beige adipogenesis, which requires PRDM16, an indispensable transcription factor. We found that MO inhibits AMP-activated protein kinase (AMPK) and reduces Prdm16 expression through blocking DNA demethylation in its promoter. We also found that α-ketoglutarate (aKG) is a rate limiting factor for both histone and DNA demethylations, and histone modifications guide DNA demethylation. In addition, MO and AMPK inhibition increase cytosolic acetyl-CoA (ACoA) concentration, which should promote white adipogenesis. Because beige and white adipogenesis share a common pool of progenitor cells, we HYPOTHESIZE: AMPK inhibition due to MO attenuates aKG-mediated histone demethylation in the Prdm16 promoter, coupled with elevated ACoA level, compromising brown/beige in favor of white adipogenesis during fetal development. SPECIFIC AIMS: 1) examine aKG in linking MO to impaired histone demethylation in the Prdm16 promoter during fetal BAT development; 2) study elevated ACoA due to MO in enhancing white adipogenesis within fetal BAT; and 3) explore the mediatory role of AMPK in linking MO, aKG/ACoA ratio and brown/beige versus white adipogenesis. INNOVATION: Proposed studies are based on our recent discovery that AMPK/aKG axis regulates DNA demethylation of the Prdm16 promoter, a process required for brown/beige adipogenesis, and will continue to explore the role of MO in histone demethylations, which governs locus-specific DNA demethylation; we will further explore the mediatory role of AMPK in determining brown/beige versus white adipogenesis affected by MO. ENVIRONMENT: All methodologies required have been established in our laboratory. The Developmental Biology Group and the Center for Reproductive Biology provide excellent academic environment, and animal and laboratory facilities. IMPACT: Proposed studies will demonstrate AMPK and aKG/ACoA ratio as key factors regulating fetal BAT development impaired due to MO, which will make it possible to use available anti-diabetic drugs, known activators of AMPK, to prevent impairment of fetal BAT development of obese mothers. Given the recent demonstration of abundant existence of brown/beige adipocytes in human adults and the long-term impact of fetal BAT and beige adipocyte development on their thermogenic function in adults, interventions to improve fetal brown/beige adipose development will help the increasing number of obese pregnant women and women with gestational diabetes to deliver healthy children.
母亲肥胖、AMPK 和胎儿棕色脂肪形成 杜敏发育生物学组,华盛顿州立大学,普尔曼,WA 99164 抽象的 意义:高达 35% 的美国孕妇患有临床肥胖,还有更多女性患有肥胖症 妊娠糖尿病,影响胎儿发育并对后代健康产生长期影响的疾病, 包括肥胖和 2 型糖尿病的易感性,其潜在机制仍不清楚。 基本原理:棕色脂肪组织(BAT)和米色脂肪细胞燃烧脂质产生热量,从而增强; BAT 功能可预防肥胖、糖尿病和代谢紊乱 我们发现母亲肥胖 (MO) 会损害。 胎儿 BAT 发育,对 BAT 和米色脂肪细胞生热作用具有长期负面影响 成人胎儿 BAT 发育涉及棕色/米色脂肪形成,这需要 PRDM16,一种 我们发现 MO 抑制 AMP 激活蛋白激酶 (AMPK) 并减少。 Prdm16通过阻断其启动子中的DNA去甲基化来表达我们还发现α-酮戊二酸。 (aKG) 是组蛋白和 DNA 去甲基化的速率限制因素,组蛋白修饰引导 DNA 此外,MO 和 AMPK 抑制会增加胞质乙酰辅酶 A (ACoA) 浓度,从而导致去甲基化。 应该促进白色脂肪生成,因为米色和白色脂肪生成共享一个共同的祖细胞库。 细胞,我们假设:MO 引起的 AMPK 抑制减弱了 aKG 介导的组蛋白去甲基化 Prdm16 启动子,加上 ACoA 水平升高,损害棕色/米色,有利于白色脂肪生成 具体目标: 1) 检查 aKG 将 MO 与受损的组蛋白去甲基化联系起来。 胎儿 BAT 发育过程中的 Prdm16 启动子;2) 研究由于 MO 增强白色而导致的 ACoA 升高 胎儿 BAT 内的脂肪生成;3) 探索 AMPK 在连接 MO、aKG/ACoA 比率和 棕色/米色与白色脂肪生成的比较 创新:拟议的研究基于我们最近的发现。 AMPK/aKG 轴调节 Prdm16 启动子的 DNA 去甲基化,这是棕色/米色所需的过程 脂肪生成,并将继续探索 MO 在组蛋白去甲基化中的作用,组蛋白去甲基化控制位点特异性 DNA 去甲基化;我们将进一步探讨 AMPK 在确定棕色/米色与白色中的中介作用 脂肪生成受环境影响:我们已建立了所有所需的方法。 发育生物学组和生殖生物学中心提供了优秀的实验室。 学术环境、动物和实验室设施的影响:拟议的研究将证明 AMPK。 aKG/ACoA 比值是调节胎儿 BAT 发育的关键因素,MO 导致胎儿 BAT 发育受损,这将使其 可以使用现有的抗糖尿病药物、已知的 AMPK 激活剂来防止胎儿 BAT 受损 鉴于最近大量存在棕色/米色的情况,肥胖母亲的发展。 成人脂肪细胞以及胎儿 BAT 和米色脂肪细胞发育对其的长期影响 成人的产热功能,改善胎儿棕色/米色脂肪发育的干预措施将有助于 越来越多的肥胖孕妇和患有妊娠糖尿病的妇女生出健康的孩子。

项目成果

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