Ruolo della diade TACE/Timp3 nell'insulino-resistenza e nella steatosi epatica

Tumor necrosis factor a–converting enzyme (TACE) and its physiological inhibitor Timp-3 were recently involved in the pathogenesis of insulin resistance. We observed that TACE activity was significantly higher in mice fed a high fat diet, particularly in livers but also in muscle and adipose tissue, compared to littermates fed a regular diet. In mouse hepatocytes, myocytes and adipocytes TACE activity was triggered by several metabolic stimuli, such as palmitic acid, lipopolysaccharide, high glucose and high insulin. TACE overexpression significantly impaired insulin-dependent phosphorylation of Akt, GSK3 and FoxO1, the major controllers of gluconeogenesis and lipogenesis. To test the role of TACE activation in vivo, we used Timp3 null mice which have higher TACE activity compared with wild type (WT) mice. Timp3-/- mice fed a high fat diet for 20 weeks were glucose-intolerant and insulin-resistant; they showed macrovescicular steatosis and ballooning degeneration compared to WT mice, which presented only microvescicular steatosis. Shotgun proteomic analysis revealed that Timp3-/- liver has a significant differential expression of 38 proteins, including lower levels of adenosine kinase (ADK), methionine adenosyltransferase I/III (MATI/III) and glycine N-methyltransferase (GNMT), and higher levels of liver fatty acid-binding protein 1 (FABP-1). These changes in protein levels were also observed in hepatocytes infected with an adenovirus encoding TACE. All these proteins play a role in fatty acid uptake, trygliceride synthesis and methionine metabolism, providing a molecular explanation for the increased hepatosteatosis observed in Timp3-/- compared to WT mice. So we have identified novel mechanisms governed by the TACE/ Timp3 dyad involved in the determination of insulin resistance and liver steatosis during overfeeding in mice. 

Nel nostro laboratorio è stato recentemente dimostrato che l’enzima TACE (TNFa-converting enzyme) e il suo inibitore fisiologico Timp-3 sono coinvolti nella patogenesi dell’insulino-resistenza e conseguentemente nell’omeostasi metabolica. Nel presente lavoro sono stati effettuati studi metabolici su topi sottoposti ad un regime alimentare ricco in grassi ed è stato osservato un aumento dell’attività di TACE nel fegato di tali animali e, in misura minore, anche nel muscolo e nel tessuto adiposo, rispetto a topi di controllo nutriti con una dieta normale. E’ stato anche dimostrato che l’attività di TACE può essere indotta in diversi sistemi cellulari da numerosi stimoli metabolici, come l’acido palmitico, il lipopolisaccaride, alte concentrazioni di glucosio o di insulina, e questa attivazione è in grado di interferire con la via di trasduzione del segnale insulinico, determinando una diminuzione nella fosforilazione di Akt, GSK3 e FoxO1. Per studiare in vivo il ruolo dell’attività di TACE sono stati utilizzati dei topi knockout per Timp-3 (Timp-3-/-) che, mancando dell’inibitore dell’enzima, hanno di base un’aumentata attività di TACE. I topi Timp-3-/- sottoposti a dieta grassa sono caratterizzati da una ridotta tolleranza al glucosio e da steatosi epatica. Allo scopo di individuare i meccanismi molecolari responsabili del fenotipo osservato, è stato analizzato mediante spettrometria di massa il proteoma epatico di topi wild type (WT) e Timp-3-/- sottoposti a dieta grassa per 20 settimane e i dati ottenuti sono stati interpretati e integrati mediante programmi di bioinformatica. Sono state così identificate alcune proteine che presentano livelli di espressione diversi nei due genotipi; tra queste l’adenosina-chinasi (ADK), la metionina adenosil-trasferasi I/III (MATI/III) e la glicina N-metiltrasferasi (GNMT) risultano meno espresse, mentre l’espressione di FABP-1 (fatty acid binding protein 1) risulta aumentata nei topi Timp3-/- rispetto ai topi WT. Le stesse variazioni nei livelli di espressione di tali molecole sono state riscontrate anche in epatociti in vitro in cui l’espressione di TACE è stata aumentata mediante infezione retrovirale. Tutte queste proteine svolgono un ruolo importante nel metabolismo degli acidi grassi e della metionina. Queste alterazioni hanno contribuito a chiarire il meccanismo molecolare che è alla base dell’aumentata insulino-resistenza e della steatosi epatica che caratterizza i topi Timp-3-/-, fornendo così un’evidenza del ruolo importante che la diade TACE-Timp-3 assume nella risposta dell’organismo ad una dieta ricca di grassi.