The soaring global prevalence of metabolic disease including obesity, type 2 diabetes mellitus and NAFLD warrants the search for novel pharmacological targets. Across species, decreased function of the transmembrane carboxylate transporter mINDY (I’m not dead yet) confers a metabolic phenotype akin to caloric restriction, including protection against diet-induced obesity, insulin resistance, and hepatic steatosis. However, the underlying mechanism is not fully understood. Based on mINDY’s high expression levels in mammalian livers, we examined to what extent liver-specific deletion of mINDY contributes to the protective phenotype observed in the whole-body mINDY knockout (INKO) model. We were the first to establish a liver-specific conditional mINDY knockout (LINKO) mouse. We performed comprehensive metabolic phenotyping, including body composition, glucose disposal, gas exchange and insulin sensitivity over 16 weeks across three dietary regimens of differing caloric density: Normal chow diet (NCD), high-fat diet (HFD) and high-fat diet with sucrose-enriched water (HFD+S). We assessed capacity for glucose production in LINKO primary hepatocytes and screened for gene expression changes in LINKO liver samples. When compared to WT controls, LINKO mice did not show differences in body weight and length, body composition and response to intraperitoneal glucose tolerance tests. In hyperinsulinemic-euglycemic clamps, glucose infusion rates did not differ between the groups; however, we observed suppressed glycolysis and increases in clamp glucose clearance and glycogen synthesis in HFD-fed LINKO mice, relative to WT controls. Respirometry yielded conflicting results, with LINKO mice in the HFD cohort showing slightly increased energy expenditure relative to WT controls, but the opposite effect occurring in the HFD+S-cohort. Respiratory exchange ratio was significantly elevated in HFD-fed LINKO homozygotes compared to WT controls, indicating a shift towards carbohydrate catabolism. LINKO primary hepatocytes showed increased capacity for glucose production compared to WT controls. Lastly, LINKO livers showed increased expression of genes implicated in mitochondrial function and unfolded protein response, but no differences in genes related to lipid or glucose metabolism and inflammation. Our data show that liver-specific deletion of mINDY improved whole body glucose clearance and energy expenditure in HFD-fed mice, but did not reduce body weight. Thus, the LINKO model did not fully replicate the phenotype seen previously in the INKO model. These data suggest that other organs than the liver also contribute to that phenotype; more studies in different organ systems are needed for a comprehensive understanding of mINDY’s role in metabolism and in order to pave the way towards novel treatments of metabolic disease.
Die global steigende Prävalenz metabolischer Erkrankungen, darunter das metabolische Syndrom, Diabetes mellitus Typ 2 und die nichtalkoholische Fettleberkrankheit, vermittelt einen Bedarf nach neuen und effektiveren pharmakologischen Ansatzpunkten. In verschiedenen Tiermodellen wurde eine verringerte Funktion des Transmembran-Carboxylat-Transportproteins mINDY (Säugetierhomolog, „I’m not dead yet“) mit einem der kalorischen Restriktion ähnelnden metabolischen Phänotypen assoziiert, charakterisiert durch Schutz gegen diätbedingte Fettleibigkeit, Insulinresistenz und hepatische Steatose. INDYs Substratpräferenz für Citrat sowie die hohe Expressionsdichte in murinen Hepatozyten legen nahe, dass INDY’s Einfluss auf die Energiehomöostase auf einer Schlüsselrolle im Intermediärstoffwechsel beruhen könnte. Wir untersuchten daher, ob die Abwesenheit von mINDY in der Leber einen ähnlich ausgeprägten metabolischen Phänotypen wie das Ganzkörperknockoutmodell erzeugen kann. Erstmals etablierten wir eine leberspezifische konditionelle mINDY Knockout- (LINKO-) Maus und charakterisierten umfassend deren Stoffwechsel. Wir bestimmten Körpermaße und -zusammensetzung, Glukosetoleranz, Gasaustausch sowie Insulinsensitivität über einen 16-wöchigen Zeitraum unter drei Diätinterventionen unterschiedlicher kalorischer Dichte: Normal chow diet (NCD), Hochfettdiät (HFD) und Hochfettdiät mit Sucrose-angereichertem Trinkwasser (HFD+S). Zudem bestimmten wir die Kapazität für glukagonstimulierte Glukoseproduktion in LINKO-Primärhepatozyten und führten ein Screening auf genetische Expressionsänderungen in LINKO-Leberproben durch. LINKO-Mäuse und Wildtyp-Kontrollen unterschieden sich nicht in Körpermaßen, Körperzusammensetzung und Glukosetoleranz. Im hyperinsulinämisch-euglykämischen Clamp zeigte sich kein Unterschied in den Glukoseinfusionsraten; LINKO-Mäuse in der HFD-Kohorte wiesen aber relativ zu Wildtyp-Mäusen eine gesteigerte Glukose-Clearance und Glykogensynthese sowie eine verringerte Glykolyse auf. Respirometrisch zeigte sich ein gesteigerter Energieverbrauch in LINKO-Mäusen auf HFD, aber der gegenteilige Trend in den Mäusen der HFD+S-Kohorte. Das Gasaustauschverhältnis war in LINKO-Mäusen der HFD-Kohorte geringfügig, aber signifikant erhöht, was auf eine erhöhte Neigung zum Katabolismus von Kohlenhydraten hindeutet. LINKO-Primärhepatozyten zeigten im Vergleich mit Wildtyp-Kontrollen eine gesteigerte Kapazität zur Produktion von Glukose unter Stimulation durch Glukagon. Zuletzt wiesen LINKO-Leberproben eine gesteigerte Expression von Genen der mitochondrialen Funktion und ER-Stressantwort auf, jedoch keine Expressionsunterschiede in Genen des Fett-, sowie Glukosestoffwechsels oder der Inflammation. Zusammenfassend zeigten sich im LINKO-Mausmodell zwar leichte metabolische Effekte, diese waren jedoch deutlich schwächer ausgeprägt als die Befunde im mINDY-Ganzkörperknockoutmodell. Da neuere Studien durch interventionelle Methoden der leberspezifischen Inhibition von mINDY jedoch stärkere Phänotypen erzeugen konnten, stellt der Transporter weiterhin einen vielversprechenden pharmakologischen Ansatzpunkt dar. Weitere Studien in verschiedenen Organsystemen sind notwendig, um ein besseres Verständnis der Rolle des Citrat-Transporters im Energiehaushalt zu ermöglichen und einen möglichen neuen therapeutischen Ansatz metabolischer Erkrankungen weiter zu erschließen.
