Regulation and function of Retinol Saturase in brown adipose tissue and thermogenesis

Abstract

Background and objective: Retinol Saturase (RetSat) is an oxidoreductase that was named after its initially identified enzymatic reaction, and is expressed in multiple metabolic organs, especially liver and adipose tissue. In the past decade, brown adipose tissue (BAT) activation and white adipose tissue (WAT) browning have been considered promising approaches to combat metabolic syndrome. In this project, the function of RetSat in thermogenetic fat was investigated. Method: Since RETSAT protein is strongly induced in the BAT of cold-exposed mice, firstly, the regulation of RetSat in adipose tissue and adipocyte by β-adrenergic receptor stimulation was studied. The RetSat gain and loss of function studies in preadipocytes were conducted to explore its effect on brown adipocyte differentiation. Furthermore, RetSat was depleted in adipocytes to study its effect on thermogenetic gene expression, and mitochondria function was monitored by Seahorse assay. Subsequently, the BAT-specific RetSat deletion mouse model was established by the Cre/LoxP system, and subjected to diet (normal chow and high-fat diet) challenges, and tolerance (glucose, insulin, and cold exposure) tests to study its effect on metabolic profile. Finally, RNA sequencing was employed to explore the potential mechanism. Results: RetSat expression in adipose tissue and adipocytes was induced by β- adrenergic receptor stimulation. Moreover, RetSat slightly enhanced brown adipocyte differentiation, and was required for thermogenic gene expression in adipocytes, UCP1 induction, and mitochondrial respiration. RetSat deletion in BAT did not alter adiposity, but slightly weakened glucose disposal capacity in mice fed high-fat diet, and impaired cold tolerance upon acute cold exposure. The transcriptome data indicated RetSat down-regulated mitochondrially encoded and protein-folding genes in murine BAT. Conclusion: RetSat modulates thermogenic capacity of adipocytes and might provide a therapeutic intervention for metabolic disease.

Hintergrund und Ziel: Retinol-Saturase (RetSat) ist eine oxidoreduktase, die nach ihrer ursprünglich identifizierten enzymatischen reaktion benannt wurde und in mehreren stoffwechselorganen, insbesondere in der leber und im fettgewebe, vorkommt. In den vergangenen jahrzehnten galten die aktivierung des braunen Fettgewebes (BAT) und die bräunung des weißen fettgewebes (WAT) als vielversprechende ansätze zur bekämpfung des metabolischen syndroms. In diesem projekt wurde die funktion von RetSat im thermogenetischem fett untersucht. Methode: Da das RETSAT protein im BAT von kälteexponierten mäusen stark induziert wird, wurde zunächst die regulation von RetSat im fettgewebe und in adipozyten durch stimulation des β-adrenergen rezeptors untersucht. Die studien über den gewinn und verlust der funktion von RetSat in präadipozyten wurden durchgeführt, um seine wirkung auf die differenzierung der braunen adipozyten zu untersuchen. Darüber hinaus wurde RetSat in adipozyten dezimiert, um seine wirkung auf die thermogenetische genexpression zu untersuchen, und die mitochondrienfunktion wurde mittels Seahorse assay überwacht. Anschließend wurde das BAT spezifische RetSat deletions mausmodell durch das Cre/LoxP-System erstellt und einer diätherausforderungen (normales futter und fettreiche ernährung) sowie toleranztests (glukose, insulin und kälteexposition) unterzogen, um die auswirkungen auf das metabolische profil zu untersuchen. Schließlich wurde eine RNA-sequenzierung eingesetzt, um den möglichen mechanismus zu untersuchen. Ergebnisse: Die expression von RetSat in fettgewebe und adipozyten wurde durch stimulation des β-adrenergen rezeptors induziert. Darüber hinaus verstärkte RetSat leicht die differenzierung der braunen adipozyten und war für die thermogene genexpression in adipozyten, die UCP1 induktion und die mitochondriale atmung erforderlich. Die RetSat deletion in BAT veränderte die adipositas nicht, schwächte jedoch die glukoseverwertungskapazität von mäusen, die fettreiche nahrung erhielten, leicht und beeinträchtigte die kältetoleranz bei akuter kälteexposition. Die transkriptomdaten zeigten, dass RetSat mitochondrial kodierte und proteinfaltende gene in der BAT der maus herunterreguliert. Schlussfolgerung: RetSat moduliert die thermogene kapazität von adipozyten und könnte eine therapeutische intervention bei stoffwechselerkrankungen darstellen.