Role of Fsp27 in lípid homeostasis during nutrient deprivation

Abstract

This Thesis has been divided into three different chapters, the regulation of Fsp27 during the fasting adaptation, the transcriptional regulation of Fsp27 in liver and finally the role of FSP27 as a lipid-droplet protein in PPARalpha signaling, with the purpose to achieve the following objectives:

1) To describe the expression pattern of FSP27 during fasting adaptation in different tissues and different fasting times. 2) To define the transcriptional mechanisms responsible for hepatic expression of FSP27 during fasting specially the ones that cause the fall of Fsp27beta expression during late fasting. 3) To identify the role of Fsp27beta in PPARalpha signaling by studying its ability to control the store/release of specific endogenous ligands of PPARalpha from lipid droplets.

The results of this work show that Fsp27beta is the main isoform expressed in tissues that actively oxidize fatty acids such as liver and BAT, but also in small intestine. Fsp27beta is a target gene of CREBH, but not of PPARaplha and there is no cross talk between both transcription factors in the regulation of hepatic expression of Fsp27beta. Nonetheless, Fsp27beta expression depends on the level of CREBH acetylation.

It has been also described that FSP27beta expression is necessary for the hepatic accumulation of TAG in liver and plays a fundamental role in the development of the physiological hepatic steatosis that occurs during fasting during.

Finally, this work demonstrates that the hepatic expression of FSP27beta is necessary for the correct signaling of PPARalpha during fasting at least in part because FSP27beta plays a key role in the storage/release of phospholipids proposed as endogenous ligands of PPARalpha form the liver lipid droplets. In vitro, Fsp27beta interferes with the PPARalpha signaling as it was determined by the use of a TK-luciferase reporter under the control of three PPRE. Lack of Fsp27beta expression Increases the concentration of PPARalpha endogenous ligands in serum, which triggers the PPARalpha signaling of in peripheral tissues such as BAT, while decreasing its signaling in the liver. Concretely, Fsp27beta plays a role in the down-regulation of PPARaplha target genes in BAT during fasting.

As a conclusion we propose that during early fasting, fatty acids delivered by WAT will induce, through CREBH-FSP27beta axis, the formation of LDs in liver, needed to produce a transitory steatosis and, in addition, avoid the release of endogenous PPARalpha ligands from the liver. Conversely, during the late fasting, SIRT1 activity, also through CREBH modulation, will mediate FSP27 clearance from a liver that is already prepared to oxidize fatty acids. In turn, the increased FAO capacity from liver could alleviated ER stress contributing to CREBH downregulation. During fed states, the absence of Fsp27beta in liver will allow the new synthetized fat to leave the liver and actuate as PPARalpha agonist in extrahepatic tissues like BAT.

Esta Tesis está dividida en tres capítulos, la regulación de la expresión de las isoformas de Fsp27 durante la adaptación al ayuno, la regulación transcripcional de Fsp27b en hígado y el papel de FSP27 como proteína lipídica en la señalización de PPARalfa, teniendo los siguientes objetivos:

1. Estudiar el patrón de expresión de las isoformas de Fsp27 durante la adaptación al ayuno en diferentes tejidos y tiempos de ayuno; 2. Definir los mecanismos transcipcionales responsables por la expresión hepática de Fsp27beta durante el ayuno; 3. Identificar el papel de FSP27beta en la señalización de PPARalfa.

Como conclusiones, se ha observado que Fsp27beta es la principal isoforma expresada en el hígado, BAT, y también en intestino delgado. Fsp27beta es un gen diana de CREBH pero no de PPARalfa, y su expresión depende del nivel de acetilación de CREBH. La expresión de FSP27 es necesaria para la acumulación de los TAG en hígado , y tiene un papel fundamental en el desarrollo de la esteatosis hepática durante el ayuno. In vitro, Fsp27beta interfiere con la señalización de PPARalfa, determinado por la utilización de un reportero TK-luciferasa bajo el control de los tres PPRE. La ausencia de la expresión de Fsp27alfa aumenta la concentración de los ligandos endógenos de PPARbeta en suero, activando su señalización en los tejidos periféricos, como el BAT, y bajando su señalización en el hígado.

Nuestra modelo de trabajo propone que durante el ayuno temprano los ácidos grasos que llegan al WAT inducen, a través del eje CREBH-FSP27beta, la formación de gotas lipídicas en hígado, necesarias para producir una esteatosis transitoria y evitar la liberación de los ligandos endógenos de PPARalfa en el hígado. Durante el ayuno tardío, la actividad de SIRT1, a través de la modulación de CREBH, va a mediar la desaparición de FSP27beta del hígado, ya preparado para oxidar los ácidos grasos. La capacidad de oxidar ácidos grasos puede mejorar el stress del ER contribuyendo a la disminución de la regulación de CREBH. Durante los estados alimentados, la ausencia de FSP27beta en hígado permite a la nueva grasa sintetizada dejar el hígado y actuar como una agonista de PPARalfa en tejidos extra hepáticos como el BAT.