Federica Zatterale (1), Michele Longo (2), Pasqualina Florese (2), Luca Parrillo (1), Antonella Desiderio (2), Michele Campitelli (1), Monica Pastorino (1), Alessia Leone (1), Domenico Conza (1), Gregory Alexander Raciti (2), Francesco Beguinot (2)
(1) URT “Genomica del Diabete”, Istituto per l'endocrinologia e l'oncologia "Gaetano Salvatore", Consiglio Nazionale delle Ricerche, Napoli, Italia, (2) Dipartimento di Scienze Mediche Traslazionali, Università di Napoli Federico II, Napoli, Italia
INTRODUZIONE: L’ipertrofia del tessuto adiposo sottocutaneo (SAT) è associata ad insulino-resistenza e ad un rischio significativamente più alto di sviluppare patologie metaboliche, come il diabete di tipo 2 (DT2), e complicanze cardiovascolari, le quali rappresentano la principale causa di morte nei soggetti affetti da DT2. Individui normopeso con storia familiare di DT2, noti come First-Degree Relatives (FDR), si caratterizzano per l’ipertrofia del SAT, da cui ne consegue un rischio aumentato di sviluppare tale patologia. La ridotta plasticità del SAT nei soggetti FDR deriva dall'incapacità di reclutare e differenziare correttamente i precursori adipocitari in adipociti maturi. A tali alterazioni meccanicistiche contribuiscono sia alterazioni genetiche che fattori ambientali. Pertanto, l'obiettivo di questo studio è stato quello di identificare un profilo epigenetico di predisposizione al DT2, mediante analisi di trimetilazione della lisina 4 dell'istone H3 (H3K4me3) sull’intero genoma. METODI: È stata condotta un'analisi wide-genome mediante l'utilizzo combinato della tecnica di immunoprecipitazione della cromatina (ChIP) e del sequenziamento ad alta capacità (ChIP-Seq) per la modifica istonica H3K4me3. Sono stati impiegati preadipociti isolati da biopsie di SAT provenienti da individui FDR e di controllo (CTRL). I livelli di mRNA e il contenuto di DNA mitocondriale (mtDNA) sono stati determinati mediante la tecnica della PCR quantitativa in tempo reale (Real-Time PCR).RISULTATI: L'analisi dei dati di sequenziamento ha identificato 2644 regioni differentemente arricchite per la localizzazione di H3K4me3 nei soggetti FDR rispetto ai CTRL, con un arricchimento specifico e significativo nei geni di pertinenza mitocondriale. Tra questi abbiamo ulteriormente indagato ed approfondito il ruolo del gene TFAM, normalmente coinvolto nella regolazione del contenuto e della stabilità del mtDNA. Una significativa riduzione dell'arricchimento di H3K4me3 (p<0,05) sul promotore del gene TFAM si associa ad una riduzione dei suoi livelli trascrizionali e proteici nei precursori adipocitari isolati dagli FDR (p<0,05). Inoltre, tali precursori adipocitari mostrano una significativa riduzione del contenuto di mtDNA (p<0,001) e della trascrizione stessa del genoma mitocondriale (p<0,05). Studi in-vitro di adipogenesi hanno inoltre evidenziato una capacità differenziativa compromessa (p<0,001) nei precursori adipocitari isolati dai soggetti FDR ed una mancata induzione dell’espressione di TFAM durante l'adipogenesi (p<0,05). Il silenziamento dell’espressione del gene TFAM, mediante siRNA, nei precursori adipocitari isolati dai CTRL causa una riduzione diretta del contenuto di mtDNA (p<0,001), della trascrizione mitocondriale (p<0,01) e del differenziamento adipocitario (p<0,001). Nelle cellule silenziate si instaura inoltre un fenotipo di senescenza cellulare precoce valutata mediante l'attivazione trascrizionale dei geni CDKN1A (p<0,01) e ZMAT3 (p<0,001). Inoltre, il silenziamento di TFAM rende le cellule più vulnerabili all’induzione di senescenza mediata dal perossido di idrogeno (p<0,001).CONCLUSIONI: I risultati ottenuti sottolineano l'importanza della funzione mitocondriale nel soddisfare le richieste energetiche e metaboliche durante il differenziamento adipocitario. Alterazioni delle modifiche istoniche possono indurre disfunzioni mitocondriali nei preadipociti, causando disfunzioni del SAT e aumentando di conseguenza il rischio di insorgenza del DT2.
