Inhibitory effect of HB-EGF on adipocyte differentiation

Abstract

[한글]비만은 우리 몸의 지방조직이 지방세포분화에 의해 비정상적으로 증가된 상태로 불균형적인 에너지의 과잉공급으로 유발된다. 비만은 고혈압, 고지질증, 동맥경화, 심장질환 및 인슐린 비의존형 제2형 당뇨병과 같은 성인성 질환을 유도하는 가장 중요한 위험인자로 작용하기 때문에 지방세포분화와 지방대사 조절에 대한 관심이 더욱 집중되고 있다.지방세포가 단순히 수동적인 에너지 저장고라는 개념에서 에너지 대사를 비롯한 체내 에너지 항상성을 유지시켜주는 기능을 수행하는 조직으로 생각되면서 지방세포의 다양한 기능에 대한 연구가 진행되고 있다. 지방세포에서 여러 가지 cytokine, hormone, lipid 등이 분비되는데 이러한 물질들의 비정상적인 분비가 비만과 당뇨와 같은 성인성 질병들의 원인으로 작용할 수 있다고 밝혀지고 있다. 지방세포에서 생성되며 다양한 신호 전달에 관여하는 leptin, adiponectin, resistin, IL-6 등의 물질들을 통칭해서 adipocytokine 이라고 명명하였고, 최근에는 HB-EGF 역시 지방조직에서 발현하는adipocytokine 중 하나로서 비만에 관련된 성장인자로 새롭게 인식되고 있다.본 연구에서는 adipocytokine중 하나인 HB-EGF가 지방세포분화에서 어떤 역할을 하는지 알아보았다. HB-EGF는 지방세포분화 유도 중 초기단계에서는 그 발현이 줄어 들었다가 후기단계에서 다시 발현하는 양상을 보였다. 3T3-L1, 3T3-F442A preadipocyte cell과 mesenchymal stem cell과 유사한 C3H10T1/2 cell에 HB-EGF를 처리하여 지방세포분화를 유도했을 때, HB-EGF는 이러한 세포의 지방세포분화를 억제시켰고, 흥미롭게도C3H10T1/2 cell의 지방세포분화에서 가장 큰 억제효과를 보였다. Adipocyte marker gene인 aP2, PPARγ 그리고 C/EBPα의 발현도 감소하였다. HB-EGF의 지방세포분화 억제효과 시기를 알아보기 위해 지방세포분화의 다양한 시기에 HB-EGF를 처리해 본 결과 지방세포분화 초기단계가 HB-EGF의 억제효과를 위해 중요한 시기임을 알았고, 중기나 후기 단계에서는 HB-EGF의 억제효과를 볼 수 없었다. 또한HB-EGF가 지방세포분화 유도 전단계인 commitment 단계에서도 억제효과를 보이는지 알아보기 위해 HB-EGF를 지방세포분화를 유도하기 전에 처리한 결과 뚜렷한 억제효과를 보였다. Pluripotent stem cell을 adipocyte lineage로의 commitment를 유도한다고 알려져 있는 BMP4와 함께 처리하여 지방세포분화를 유도했을 때도 억제효과를 보였다. 이러한 결과는 HB-EGF가 지방세포분화유도 초기단계에서뿐만 아니라 adipocyte lineage commitment 단계에서도 억제효과가 있음을 시사한다.따라서HB-EGF는 초기단계에서 지방세포분화를 억제하기 때문에 지방세포로 분화되는 초기단계 세포에서는 HB-EGF의 발현이 줄어들고, 후기단계에 다시 발현하는 HB-EGF는pluripotent stem cell과 preadipocyte의 지방세포분화 시작을 억제함으로써pluripotent stem cell의 potential을 유지시켜 주며 이로써 비만형성을 조절하는 역할을 할 것이라고 추정한다.

[영문]Obesity poses a serious health risk contributing to the increased prevalence of a host of other diseases including type 2 diabetes, hyperlipidemia, hypercholesterolemia and hypertension. Adipose tissue is vital for maintaining whole body energy homeostasis. It has traditionally been considered a mere energy depot, synthesizing and storing triglycerides during periods of caloric excess and releasing free fatty acids and glycerol during periods of nutritional deprivation. However, it is now recognized to play a more active role in regulating glucose and lipid metabolism as an endocrine organ secreting biologically active molecules (leptin, adiponectin, resistin, IL-6, etc.), so called adipocytokines. Adipocytokines are associated with adipocyte differentiation and metabolic disorders. Recently, Heparin-binding EGF-like growth factor (HB-EGF) was identified as an adipocytokine expressed in adipose tissue.In order to elucidate the biological characteristics of adipose tissue, this study investigated the effect of HB-EGF on adipocyte differentiation of 3T3-L1 and 3T3-F442A preadipocyte cells, and mecenchymal stem cell –like C3H10T1/2 (10T1/2) cells. HB-EGF decreased intracellular lipid accumulation in 3T3-L1, 3T3-F442A and 10T1/2 cells and significantly reduced expression of most adipocyte marker genes including aP2, PPARγ and C/EBPα, suggesting that HB-EGF inhibits adipogenesis. Upon adipogenic conversion, HB-EGF displayed dynamic changes in expression where an initial decrease was followed by increased levels of expression at later stages. Administration of HB-EGF for various periods during adipocyte differentiation revealed an inhibitory effect on adipocyte differentiation at the early induction stage but no effect at later stages. In addition, HB-EGF showed an inhibitory effect at the commitment stage in 10T1/2 cells, when pluripotent stem cells can be induced to commit to the adipocyte lineage prior to the induction, and even at the bone morphogenic protein (BMP) 4-triggering commitment stage. These data suggest that HB-EGF has inhibitory effects on commitment as well as the early induction stages. Due to the inhibitory effects of HB-EGF on the adipocyte differentiation, 3T3-L1, 3T3-F442A and 10T1/2 cells may halt the endogenous expression of HB-EGF at the early stage and the endogenous expression of HB-EGF at the late stage may negatively regulate initiation of the other adipocyte differentiation for the feedback.