Central stimulating effects of cerulenin on CPT-1 activity through sympathetic nervous system activation surpass its peripheral inhibitory effects

Abstract

[한글]

Cerulenin은 FAS(fatty acid synthase) 억제제로 세포 내 malonyl CoA를 증가시키고 CPT-1 활성을 떨어뜨려 지방산의 베타 산화를 억제한다. 그러나 cerulenin을 in vivo로 주사하면 FAS 억제제 임에도 불구하고 지방을 우선적으로 감소시킨다. cerulenin이 상기 역설적 효과를 나타내는 기전을 연구하기 위하여, 마우스를 cerulenin으로 처치하고 식이 및 체중에 미치는 영향 및 CPT-1 활성도에 미치는 영향을 조사하였다. cerulenin을 복강 내로 주사하였을 때 일일 식이 섭취는 의미 있게 감소하지 못하였지만 체중이 의미 있게 감소되었고 체온은 의미 있게 증가되었다. 또한 cerulenin을 복강 내로 투여할 경우 마우스의 간장과 근육의 CPT-1 활성도 변화는 이상성 반응(biphasic response)을 나타내었다. 즉 투여 직후에는 CPT-1 활성도가 억제되었지만 투여 3시간과 5시간 사이에는 대조 군에 비해 의미 있는 증가를 보였다. 간장 조직을 분리한 이후 간세포에 cerulenin을 처리하면 농도 의존적으로 CPT-1 활성이 억제되지만 catecholamine과 동시에 cerulenin을 처리하였을 때는 대조 군에 비해 의미 있게 CPT-1 활성도가 증가하는 것을 관찰하였다. 반면에 ICV로 cerulenin을 투여할 경우 soleus muscle에 측정한 CPT-1 활성이 1시간 이후부터 증가하며 3시간까지 유지되는 것을 관찰하였다. Catecholamine의 합성에 속도조절효소인 tyrosine hydroxylase를 AMPT로 억제한 후 cerulenin을 처치할 경우 cerulenin 처치시 관찰되던 체온의 증가 및 CPT-1 활성의 증가 효과를 관찰 할 수 없었지만, 부신을 제거하고 코티졸을 주사한 마우스에서 cerulenin은 여전히 CPT-1 의 활성을 증가시켰다. 복강 내 cerulenin의 투여 후 in situ hybridization으로 조사한 orexigenic neuropeptide인 AgRP, NPY와 MCH의 mRNA 표현은 대조 군과 비교하여 의미 있는 차이를 보이지 못하였다. MSG로 전 처치하여 arcuate nucleus가 파괴된 마우스에서 cerulenin은 여전히 간장과 근육에서 CPT-1의 활성을 증가 시켰지만, GTG로 전 처치하여 ventromedial hypothalamus가 파괴된 마우스에서는 CPT-1의 활성을 증가시키지 못하였다. 이상의 결과로 볼 때 cerulenin이 FAS억제제 임에도 불구하고 CPT-1활성과 energy expenditure를 증가 시키는 기전은, cerulenin이 간장 및 근육조직에 직접적으로 영향을 미친 초기 억제 효과와 central hypothalamic-SNS를 활성화에 따른 지연자극 효과의 가중에 의한 결과일 것으로 사료된다.

[영문]To clarify the paradoxical effects of cerulenin, the so-called selective reduction in adipose mass despite a significant increase in the cellular levels of malonyl-CoA, we studied the in vivo and in vitro effects of cerulenin on carnitine palmitoyltransferase-1 (CPT-1) activity. A single intraperitoneal injection of cerulenin significantly reduced body weight and increased the core temperature without a significant reduction in food intake. Cerulenin''s effect on CPT-1 activity was biphasic in the liver and muscle. In vitro treatment of cerulenin reduced CPT-1 activity, which was overcome by co-treatment with catecholamine. In contrast, an intracerebroventricular injection of cerulenin increased CPT-1 activity significantly in soleus muscle. Pretreatment with α-methyl-p-tyrosine inhibited the cerulenin-induced increase in core temperature, as well as the late phase stimulating effect of cerulenin on CPT-1 activity. This activity was significantly reduced in adrena- lectomized mice; however, it was reversed by cerulenin. An in situ hybridization study reconfirmed that a single injection of cerulenin did not affect the expression of orexigenic neuropeptide mRNA in hypothalamus. In vivo treatment with cerulenin enhanced the CPT-1 activity of the muscle not in the gold thioglucose-treated (ventromedial hypothalamus lesion) mice but in the monosodium glutamate-treated (arcuate nucleus lesion) mice. All these findings suggest that cerulenin induced the late phase stimulating effects on CPT-1 activity, and energy expenditure was mediated by the activation of innervated sympathetic nervous system neurons through firing of the undefined neurons of the ventromedial hypothalamus, rather than the arcuate nucleus.