Profili trascrittomici e lipidomici dei tessuti adiposi sottocutanei e viscerali in 15 vertebrati

Dati scientifici, volume 10, numero articolo: 453 (2023) Citare questo articolo

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L'immagazzinamento dei lipidi come energia nel tessuto adiposo (AT) è stato conservato nel corso dell'evoluzione. Tuttavia, sono state segnalate differenze sostanziali nelle attività fisiologiche degli AT tra le specie. Pertanto, stabilire i meccanismi che modellano la divergenza evoluzionistica nei trascrittomi degli AT potrebbe fornire una comprensione più profonda della regolazione dell’AT e del suo ruolo nelle malattie legate all’obesità. Sebbene studi precedenti abbiano effettuato confronti anatomici, fisiologici e morfologici tra AT di specie diverse, attualmente si sa poco a livello fenotipico molecolare. Qui, abbiamo caratterizzato i profili trascrizionali e lipidomici dei campioni di AT sottocutanei e viscerali disponibili in 15 specie di vertebrati, che coprono più di 300 milioni di anni di evoluzione, inclusi mammiferi placentari, uccelli e rettili. Forniamo descrizioni dettagliate dei set di dati prodotti in questo studio e riportiamo l'espressione genica e i profili lipidici nei campioni. Dimostriamo che questi dati sono robusti e rivelano che il trascrittoma AT e il lipidoma variano maggiormente tra le specie che all'interno della stessa specie. Questi set di dati possono servire come risorsa per studi futuri sulle differenze funzionali tra gli AT nelle specie di vertebrati.

Il tessuto adiposo (AT) è uno degli organi più importanti che garantiscono l'omeostasi energetica e metabolica nei vertebrati1. Negli ultimi anni, l’AT ha guadagnato una costante attenzione scientifica a causa del significativo aumento dei tassi globali di obesità e di disordini metabolici nelle popolazioni umane, in particolare del diabete di tipo II e delle malattie cardiovascolari. Studi recenti hanno dimostrato che l'AT è un organo straordinariamente complesso che svolge ruoli importanti nell'immagazzinamento di energia, nella fisiopatologia e in una varietà di processi biologici, come il controllo della pressione sanguigna, la riproduzione e la difesa dell'ospite2,3. L’AT è distribuita in tutto il corpo4 e può essere suddivisa in AT viscerale intra-addominale (VAT) – localizzata attorno all’omento, intestino, gonadi, pericardio e aree perirenali, e AT sottocutanea (SAT) – localizzata nei glutei, nelle cosce e addome. Gli AT provenienti da luoghi diversi hanno proprietà distinte, comprese diverse funzioni metaboliche, ruoli strutturali o associazione con malattie5,6,7,8.

Uno studio precedente ha suggerito che la radice della complessità dell’AT è emersa nel corso dell’evoluzione9 a causa delle differenze nelle proprietà dell’AT tra le specie10, che possono essere valutate eseguendo confronti tra specie. Un recente confronto tra esseri umani e topi ha identificato proporzioni diverse di una sottopopolazione di adipociti che regolano la termogenesi tra le due specie11, spiegando in parte le differenze osservate nell'attività termogenica. Inoltre, analisi comparative del trascrittoma ben documentate tra filogenesi possono far avanzare la medicina traslazionale identificando nuovi bersagli terapeutici12. Ad esempio, uno studio precedente aveva scoperto che il miR-26a, un microRNA coinvolto nella proliferazione dei cardiomiociti, è sottoregolato nei cuori di pesce zebra feriti, ma rimane costante nei topi12. L'inibizione del miR-26a nel cuore dei topi postnatali ha prolungato la finestra proliferativa dei cardiomiociti, indicando che questo miRNA potrebbe essere un bersaglio terapeutico per il trattamento del cuore danneggiato12. Di conseguenza, la valutazione dei cambiamenti dell’AT a livello molecolare tra le specie migliorerà la nostra comprensione della funzione e delle basi genetiche dell’AT e della sua associazione con diverse malattie.

Le informazioni trascrizionali sono importanti per chiarire i fenotipi e la funzione dell'AT, ma finora la maggior parte degli studi si sono concentrati solo sul confronto dell'AT tra esseri umani e roditori13,14,15. È importante sottolineare che per comprendere appieno l'evoluzione trascrittomica dell'AT è necessaria un'analisi trascrittomica comparativa su larga scala tra varie specie lontanamente imparentate e molteplici posizioni anatomiche. A questo scopo, abbiamo eseguito un'analisi trascrittomica comparativa degli AT sottocutanei e/o viscerali disponibili in 15 specie e posizioni di vertebrati (da 1 a 7 per specie) (Fig. 1, Tabella supplementare 1), inclusi 10 mammiferi (primati: umani [ Homo sapiens] e macaco [Macaca mulatta]; roditori: topo [Mus musculus], ratto [Rattus norvegicus] e porcellino d'India [Cavia porcellus]; lagomorfi: coniglio [Oryctolagus cuniculus]; artiodattili: maiale [Sus scrofa] e pecora [ Ovis aries]; e carnivori: gatto [Felis catus] e cane [Canis lupus familiaris]), 4 uccelli (galliformi: pollo [Gallus gallus]; anseriformi: anatra [Anas platyrhynchos] e oca [Anser anser]; e columbiformi: piccione [Columba livia]) e un rettile (testudines: tartaruga [Pelodiscus sinensis]) come gruppo esterno. Abbiamo generato un totale di 59 librerie RNA-seq impoverite di rRNA a coppie e analizzate in combinazione con 48 librerie pubblicate in precedenza 16,17,18,19,20,21, per un totale di 107 librerie (Fig. 1, Tabella supplementare 1 ). La composizione lipidica degli AT può influenzare molteplici aspetti dell'omeostasi energetica, come il metabolismo del glucosio e dei lipidi, la disponibilità del substrato e il dispendio energetico22,23,24,25. Di conseguenza, comprendere le differenze nella composizione lipidica tra gli AT è essenziale per studiare le loro funzioni specializzate ed esplorare i potenziali meccanismi che portano alle eterogeneità degli AT. La lipidomica è stata applicata con successo in precedenza per chiarire i cambiamenti del profilo lipidico degli AT dopo vari trattamenti (come allenamento con esercizi di resistenza26, esposizione al freddo27 e dieta ricca di grassi28) o tra diverse sedi anatomiche29. Tuttavia, i cambiamenti tra le specie rimangono poco compresi. Per ottenere ulteriori informazioni sui cambiamenti metabolici avvenuti durante l'evoluzione dell'AT, abbiamo eseguito analisi non mirate di cromatografia liquida e spettrometria di massa tandem (LC-MS/MS) del lipidoma cellulare di 131 campioni SAT e VAT in cinque specie rappresentative, inclusi quattro mammiferi ( topo, ratto, maiale, pecora) e un uccello (oca) (Fig. 1, Tabella Supplementare 2). Nel complesso, questi set di dati forniscono una risorsa preziosa per lo studio della diversità genetica e metabolica dell’AT tra specie e posizioni anatomiche e un’opportunità senza precedenti per analizzare i cambiamenti molecolari durante l’evoluzione dell’AT.