Cell cycle control of adipogenesis

脂肪生成的细胞周期控制

基本信息

  • 批准号:
    10668721
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.84万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-07 至 2027-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Revised Abstract Recent evidence shows that creating new fat cells (adipogenesis) can counteract the harmful metabolic effects of obesity, which have been shown to originate primarily from abnormal enlargement (hypertrophy) and resulting dysfunction of existing fat cells. Thus, how to increase adipogenesis over hypertrophy is of great interest. Previous work showed that preadipocytes in vivo and in vitro must complete one or more cell cycles, a process referred to as clonal expansion, before they can differentiate into adipocytes. One of the most striking genetic examples of increased adipogenesis was demonstrated by manipulating this clonal expansion period by knocking out the cell cycle inhibitors p21 and p27. Knockout of either p21 or p27 in mice results in a 2-fold increase in adipogenesis and fat mass, but knockout of both results in a dramatic 6-fold increase. Previous work suggests that p21 and p27 are regulated by very different mechanisms and are active at different times during adipogenesis. In recent published work, we identified the molecular mechanisms that could explain the increased adipogenesis observed in the p21- knockout mouse. However, how p27 regulates adipogenesis and tissue mass and how p21 and p27 synergize are poorly understood. We hypothesize that the synergistic expression of p21 and p27 during adipogenesis is the primary mechanism that controls the number of cell divisions before differentiation, and thus controls the number the adipocytes produced per preadipocyte. We will test this hypothesis by using live-cell imaging approaches, together with a fat-pad injection mouse model. We will first use methods to inducibly express and rapidly degrade p27 to determine when and how p27 regulates cell cycle progression during adipogenesis. We will then use live cell reporters for CDK4/6 and CDK2 activity to understand when and how p27 and p21 synergize to regulate CDK4/6 and CDK2 activity and control the number of adipocytes produced. The outcome of this work will be a framework how the clonal expansion period can be controlled to significantly increase adipogenesis over hypertrophy while also ensuring that the progenitor pool is maintained. Our results will likely have broad applicability not only to the maintenance of adipose tissue, but also more generally for the maintenance and regeneration of neuronal, muscle, and other terminally differentiated tissues.
修订摘要 最近的证据表明,创造新的脂肪细胞(脂肪生成)可以抵消肥胖的有害代谢影响,肥胖的有害代谢影响已被证明主要源于异常增大(肥大)和现有脂肪细胞的功能障碍。因此,如何增加脂肪生成而不是肥大引起人们极大的兴趣。先前的工作表明,体内和体外的前脂肪细胞必须完成一个或多个细胞周期,这一过程称为克隆扩增,然后才能分化为脂肪细胞。通过敲除细胞周期抑制剂 p21 和 p27 来操纵克隆扩增期,证明了脂肪生成增加的最引人注目的遗传例子之一。敲除小鼠中的 p21 或 p27 会导致脂肪生成和脂肪量增加 2 倍,但同时敲除两者都会导致急剧增加 6 倍。先前的研究表明,p21 和 p27 受到非常不同的机制调节,并且在脂肪形成过程中的不同时间活跃。在最近发表的工作中,我们确定了可以解释 p21 敲除小鼠中观察到的脂肪生成增加的分子机制。然而,人们对 p27 如何调节脂肪生成和组织质量以及 p21 和 p27 如何协同作用知之甚少。我们假设脂肪生成过程中 p21 和 p27 的协同表达是控制分化前细胞分裂数量的主要机制,从而控制每个前脂肪细胞产生的脂肪细胞数量。我们将通过使用活细胞成像方法以及脂肪垫注射小鼠模型来检验这一假设。我们将首先使用诱导表达和快速降解 p27 的方法来确定 p27 在脂肪生成过程中何时以及如何调节细胞周期进程。然后,我们将使用活细胞报告基因检测 CDK4/6 和 CDK2 活性,以了解 p27 和 p21 何时以及如何协同调节 CDK4/6 和 CDK2 活性并控制产生的脂肪细胞数量。这项工作的结果将是一个框架,如何控制克隆扩增期,以显着增加脂肪生成而不是肥大,同时确保祖细胞库得到维持。我们的结果可能不仅适用于脂肪组织的维护,而且更广泛地适用于神经元、肌肉和其他终末分化组织的维护和再生。

项目成果

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