THE ROLE OF HDAC3 IN THE PATHOPHYSIOLOGY OF ADIPOSE TISSUE

INTRODUCTION Obesity is a metabolic disorder considered as a risk factor for cardiovascular disease, one of the major cause of death worldwide. The upsurge in obesity fueled investigations in the effort to understand the pathophysiology of adipose tissues. Recently recognized as an organ, adipose tissue is divided in white (WAT) and brown fat (BAT). While WAT is mainly considered as energy storage site, BAT is involved in thermogenesis, by oxidizing fatty acids and dissipating energy as heat. The presence of thermogenic active adipocytes in WAT, resulting from a phenomenon called browning, has been recognized. The induction of browning confers protection against obesity and related disorders, paving the way for possible new therapeutic approaches. Moreover, the interaction between environmental cues and the organism has gained importance in the study of metabolic diseases. Epigenomic mechanisms of transcriptional regulation are viewed as an interface mediating the capacity of cells to adapt its own function to environment. Histone acetylation/deacetylation is one of the most intensely studied epigenomic modifications. Histone deacetylases (HDACs), by removing acetyl groups from histones, lead to transcriptional repression. HDACs have been involved in the regulation of metabolism in several organs. PRELIMINARY RESULTS & AIM We have previously demonstrated that class I HDAC inhibition reduced body weight and ameliorated glucose tolerance in murine models of obesity. HDAC3 has been identified as main actor involved in these mechanisms. Therefore, we next investigated the role of HDAC3 in the physiology of adipose tissues. MATERIALS AND METHODS We used models of Hdac3 genetic inactivation, in vivo (adipose tissue specific Hdac3 knock out mouse) and in vitro (Hdac3 silencing in adipocyte cell line). RESULTS Adipose Hdac3 ablation induced a transcriptional switch leading to metabolic rewiring toward a futile cycle of fatty acid -oxidation and de novo lipogenesis that sustained browning of WAT. Exposure to high fat diet (HFD) offset the effects of Hdac3 ablation, by interfering with lipid metabolism. We also observed remodelling of immune population resident in WAT in knock out vs. wild type mice. CONCLUSIONS Based on our results, we propose HDAC3 as a regulator of the thermogenic response to cold in WAT, acting as a molecular brake of the metabolic rewiring that sustains WAT browning.

INTRODUZIONE L’obesità è una condizione patologica considerata come una vera e propria epidemia mondiale e una delle principali sfide socio-sanitarie. Questa condizione, infatti, è uno dei più importanti fattori di rischio per le patologie cardiovascolari. Per questa ragione diverse ricerche sono incentrate nello studio della fisiopatologia del tessuto adiposo. Recentemente riconosciuto come un organo, il tessuto adiposo si divide tradizionalmente in bianco (WAT, white adipose tissue) e bruno (BAT, brown adipose tissue). Il WAT è considerato come principale sito di accumulo di energia, mentre il BAT partecipa alla termogenesi tramite attivazione del metabolismo ossidativo e dissipazione di energia sotto forma di calore. Recentemente è stata individuata la presenza di adipociti termogenici anche nel WAT in seguito ad alcuni stimoli, come il freddo, un processo definito come browning. L’induzione del browning conferisce protezione contro obesità e comorbidità ad essa associate. Per questa ragione il browning e i suoi induttori sono diventati oggetto di moltissimi studi come nuova possibile strategia terapeutica in grado di combattere l’obesità. Anche le interazioni tra organismo e ambiente hanno acquisito notevole importanza nello studio delle patologie metaboliche. In particolare, i meccanismi epigenetici di regolazione della trascrizione possono essere considerati come un’interfaccia attraverso cui la cellula è in grado di adattare la sua funzione ad un cambiamento nell’ambiente circostante. L’acetilazione/deacetilazione degli istoni è una delle modificazioni epigenetiche più intensamente studiate. Le istone deacetilasi (HDACs, histone deacetylases) sono gli enzimi che, rimuovendo gruppi acetili dagli istoni, mediano processi di repressione trascrizionale. Diversi studi hanno dimostrato che le HDAC sono regolatori del metabolismo. RISULTATI PRELIMINARI & SCOPO Nel nostro laboratorio è stato precedentemente dimostrato che l’inibizione di HDAC di classe I riduce il peso corporeo e migliora la tolleranza al glucosio in modelli murini di obesità. In particolare, HDAC3 è stata identificata come principale proteina coinvolta in questi meccanismi. Alla luce di queste evidenze, lo scopo della presente tesi di dottorato è stato quello di studiare il ruolo di HDAC3 nella fisiopatologia del tessuto adiposo. MATERIALI E METODI Sono stati utilizzati modelli di inattivazione genetica di Hdac3, in vivo (modello murino Hdac3 knock out nel tessuto adiposo) ed in vitro (silenziamento di Hdac3 in una linea cellulare adipocitaria). RISULTATI L’ablazione di Hdac3 nel tessuto adiposo causa riprogrammazione trascrizionale e induce un metabolismo caratterizzato da un ciclo futile di -ossidazione degli acidi grassi e de novo lipogenesi, che sostiene il browning del WAT. L’esposizione a dieta ricca di grassi annulla gli effetti dell’ablazione di Hdac3, interferendo con la regolazione del metabolismo lipidico. Inoltre, è stato osservato anche un rimodellamento delle cellule immunitarie residenti nel WAT in seguito ad ablazione di Hdac3. CONCLUSIONI Sulla base dei risultati ottenuti, proponiamo HDAC3 come nuovo regolatore della risposta al freddo nel WAT. HDAC3 agisce come un freno molecolare del rimodellamento metabolico, atto a sostenere la termogenesi e il browning del WAT.