Alterações metabólicas induzidas pelo isolamento social: Papel do tecido adiposo marrom.
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Resumo
Manter os laços sociais é tão crítico para a sobrevivência que o isolamento social é considerado um desafio à homeostase comparados com a fome e a sede. Mamíferos usam a interação social para manter a homeostase térmica, o que lhes permite economizar energia. Este fenômeno é crítico para animais pequenos, como os camundongos mantidos em laboratório. Em trabalhos anteriores, demonstramos que camundongos isolados mantêm seu pico circadiano na temperatura corporal central (Tc) às custas de um ganho de peso corporal reduzido em comparação aos camundongos mantidos agrupados. No entanto, não está claro como o metabolismo energético é afetado pelo isolamento social. O tecido adiposo marrom (Brown
Adipose Tissue – BAT) é um tecido com habilidade única de gerar calor através da ação da proteína desacopladora 1 (Uncoupling-protein-1, UCP1). Além disso, o BAT tem a função de manter a Tc no estresse térmico induzido pelo frio. Em função disso, hipotetizamos que o isolamento social induz alterações no metabolismo por meio de adaptações do BAT para manter o ritmo diário de Tc. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a participação do BAT e da temperatura ambiente nos efeitos do isolamento social sobre o metabolismo energético e as variações circadianas de Tc. Foram utilizados camundongos adultos C57BL/6-UNI. Os animais foram mantidos isolados ou agrupados (4 animais por caixa – Grupo Controle) por 28 dias, em
um regime de 12h de luz e 12h de escuro (luzes acesas à 7:00h) em duas condições térmicas: 28 ± 2 °C (condições sub-neutras) e, outra, à 25 ± 1 °C. A Tc e atividade locomotora espontânea (SLA) foram monitoradas por telemetria. Durante o protocolo a massa corporal e ingesta alimentar foram acompanhadas, e, ao final, a taxa metabólica foi avaliada por calorimetria de fluxo indireto. No 28° dia de protocolo, os animais foram eutanasiados no zeitgeber time (ZT) 1 e 10 para obtenção do BAT, o qual foi utilizado para análise de expressão gênica por qRT- PCR. Animais isolados à 25 ± 1 °C mostraram redução da Tc na metade da fase clara e valores de pico circadianos no início da fase escura comparáveis aos animais agrupados. Animais
isolados à 25 ± 1 °C apresentaram uma menor razão de trocas respiratórias (RER) e maior gasto energético, o que pode ter contribuído para o menor ganho de peso ao longo das semanas. Estas diferenças entre agrupados e isolados não se repetiram à 28 ± 2 °C. A seguir, desafiamos o BAT com uma injeção i.p. do agonista do receptor adrenérgico tipo-3 (B3ADR) à 25 ± 1 °C, com o objetivo de mimetizar a resposta do BAT ao desafio do frio. Nos agrupados, como esperado houve um aumento da expressão de Ucp1 e do gene da enzima lipase hormônio sensível (Hsl),
enquanto nos isolados, observamos um aumento da expressão do gene Rev-erbα e do Coativador gama 1-alfa do receptor ativado por proliferador de peroxissomo (PGC1a). Sabe-se que Rev-erbα faz parte da alça acessória de regulação do relógio molecular e regula negativamente a UCP1. Frente a este resultado investigamos outros genes de relógio, bem como o efeito do isolamento em dois horários do dia. Animais isolados à 28 ± 2 °C apresentaram uma menor expressão de Ucp1 and PGC1a no ZT1 (início da fase clara), enquanto no ZT10 não houve diferença na expressão destes genes entre agrupados e isolados. No ZT1, o isolamento
também reduziu a expressão de Per2, sem alterar a expressão de Per1 e Bmal1. Com base nestes resultados sugerimos que as alterações induzidas pelo isolamento social no metabolismo para manter o ritmo diário de Tc podem ser explicadas por mudanças na programação transcricional do BAT que parecem ser determinadas pelo horário do dia e pela temperatura ambiente.
Abstract
Maintaining social bonds is so critical for survival that social isolation has been reported as a
challenge to homeostasis, comparable to hunger and thirst. Mammals use social interaction to
maintain thermal homeostasis, allowing them to conserve energy. This phenomenon is
particularly critical for small animals, such as laboratory mice. We have previously
demonstrated that isolated mice maintain their circadian peak in core body temperature (Tc) at
the expense of reduced body weight gain compared to group-housed mice. However, it is
unclear how energy metabolism is affected by isolation conditions in these animals. Brown
adipose tissue (BAT) is a unique tissue capable of generating heat through the action of
uncoupling protein 1 (UCP1). Based on this, we hypothesized that social isolation induces
metabolic changes through adaptations in BAT to maintain the daily rhythm of Tc throughout
the day in isolated mice. The present study aimed to evaluate whether the effects of social
isolation on energy metabolism and circadian variations in Tc involve BAT participation and/or
modulation of environmental temperature. For this purpose, adult C57BL/6-UNI mice were
used. Mice were maintained either in isolation or in groups (4 animals per cage – Control
Group) for 28 days under a 12-hour light/dark cycle (lights on at 7:00 AM) in two thermal
conditions: one closer to the thermoneutral zone (28 ± 2 °C) and another outside this
temperature zone (25 ± 1 °C). Tc and spontaneous locomotor activity (SLA) were monitored
by intra-abdominal telemetry probes. Body mass and food intake were tracked throughout the
protocol, and at the end, metabolic rate was assessed using indirect calorimetry. On the 28th day
of the protocol, the animals were euthanized at zeitgeber time (ZT) 1 and 10 to obtain
intrascapular BAT for gene expression analysis by qRT-PCR. Tc was lower in the middle of
light phase in isolated mice at 25 ± 1 °C, while the circadian peak in Tc shown by isolated mice
was comparable to grouped mice. Isolated mice at 25 ± 1 °C showed lower respiratory
Exchange ratio (RER) and higher energy expenditure (EE), which may have contribuited to the
lower body weight gain during the protocol. These differences in Tc rhythm and metabolic
responses between grouped and isolated mice were not observed at 28 ± 2 °C. Next, we
challenged the BAT with an i.p. injection of a type-3 adrenergic receptor agonist (B3ADR) at
25 ± 1 °C to mimic the BAT response to cold exposure. In grouped animals, as expected, there
was an increase in the expression of Ucp1 and the hormone-sensitive lipase (Hsl) gene, whereas
in isolated animals, we observed an increase in the expression of the Rev-erbα gene and the
Peroxisome Proliferator-Activated Receptor Gamma Coactivator 1-Alpha (PGC1α). It is
known that Rev-erbα is part of the accessory loop of molecular clock regulation and negatively
regulates UCP1. Based on this result, we investigated other clock genes as well as the effect of
isolation at two different times of day. Socially isolated animals at 28 ± 2 °C showed lower
expression of Ucp1 and PGC1α at ZT1 (the beginning of the light phase), whereas at ZT10, no
differences in the expression of these genes were observed between grouped and isolated
animals. At ZT1, isolation also reduced the expression of Per2 without altering the expression
of Per1 or Bmal1. Based on these results, we suggest that the social isolation-induced changes
in metabolism to maintain the daily Tc rhythm can be explained by alterations in the
transcriptional programming of BAT, which appear to be determined by the time of day and
ambient temperature.
Assunto
Fisiologia, Ritmo Circadiano, Relações Interpessoais, Tecnologia digital, Regulação da Temperatura Corporal.
Palavras-chave
Ritmo circadiano, Ritmo circadiano, Interação social, Interação social, Isolamento social, Isolamento social, Zona termoneutra, Termorregulação