Epigenética y Obesidad: Dilucidando qué Ocurre en las Neuronas Pomc.

Abstract

Las neuronas hipotalámicas POMC desempeñan un papel importante en el comportamiento alimentario, ya que pueden disminuir la ingesta de alimentos y aumentar el gasto energético en respuesta a las necesidades metabólicas. Sin embargo, múltiples evidencias han demostrado que, tras el desarrollo de obesidad, estas neuronas sufren diversas alteraciones en su normal funcionamiento que afectan su capacidad de inhibir el apetito. Un mecanismo molecular que podría estar involucrado en el desarrollo y/o mantención de estas alteraciones es la metilación del ADN, puesto que tiene la capacidad de regular la expresión génica y está fuertemente influenciada por factores ambientales como la exposición a dietas calóricas. Además, en particular con el gen Pomc, diferentes investigaciones han mostrado que la obesidad induce la hipermetilación de su promotor, interrumpiendo la señalización normal de la leptina; no obstante, aún se desconocen los efectos a nivel genómico. En este contexto, nos analizamos los efectos de la obesidad sobre el metiloma de las neuronas POMC y asociarlo con cambios en la expresión génica. Para ello, se expuso a ratones transgénicos POMC:eGFP machos a una dieta alta en grasas durante 11 semanas para inducir obesidad mediante dieta. Desde neuronas POMC purificadas por FACS se prepararon librerías de secuenciación de bisulfito de representación reducida (RRBS), luego de lo cual, se efectuó un análisis de metilación diferencial por locus CpG. Paralelamente, se utilizaron datos de RNA-seq generados a partir de neuronas POMC sometidas al mismo tratamiento (11 semanas de alimentación y purificación por FACS) para correlacionar los cambios de metilación con cambios en la expresión génica. Nuestros resultados revelan que la obesidad inducida por el consumo de una dieta alta en grasa provoca una profunda modulación del metiloma en las neuronas POMC caracterizada principalmente por la metilación en promotores proximales de los genes y, más específicamente, dentro de motivos de unión a factores de transcripción. Estos cambios en el estado de metilación, si bien ocurren en varios genes relevantes en el funcionamiento de las neuronas POMC (como Pomc, Cartpt y Stat3), no necesariamente están asociados con una modulación transcriptómica. De la respuesta transcripcional asociada a un cambio de metilación, destaca el aumento de Gal y Loxl3, genes asociados al consumo de grasa y señalización de STAT3, respectivamente; así como la disminución de genes anti apoptóticos como Gdnf y Ntrk1. De esta manera, es importante considerar que los resultados obtenidos en esta tesis son los primeros en dilucidar los efectos que la obesidad causa en la metilación de ADN a nivel genómico y más específico aún en neuronas POMC purificadas.

Hypothalamic POMC neurons play an important role in feeding behavior, as they can decrease food intake and increase energy expenditure in response to metabolic needs. However, multiple investigations have shown that, after the development of obesity, these neurons undergo several alterations in their normal functions that affect their ability to inhibit appetite. A molecular mechanism that could be involved in the development and/or maintenance of these alterations is DNA methylation since it has the capacity to regulate gene expression and is influenced by environmental factors such as exposure to caloric diets. Furthermore, obesity has been shown to induce DNA hypermethylation at the Pomc promoter disrupting normal leptin signaling, but the effects at the genomic level are still unknown. In this context, we set out to analyze the effects of obesity on the methylome of POMC neurons and associate it with changes in gene expression. For this purpose, male POMC:eGFP transgenic mice were exposed to a high-fat diet for 11 weeks to induce obesity by diet. From FACS-purified POMC neurons, reduced representation bisulfite sequencing (RRBS) libraries were prepared, after which differential methylation analysis per CpG locus was performed. In parallel, RNA-seq data generated from POMC neurons subjected to the same treatment (11 weeks of FACS feeding and purification) were used to correlate methylation changes with changes in gene expression. Our results reveal that obesity causes profound modulation of the methylome in POMC neurons characterized primarily by methylation in promoter regions of genes and, more specifically, within transcription factor binding motifs. These changes in methylation status, although occurring in several genes relevant to POMC neuron function (such as Pomc, Cartpt and Stat3), are not necessarily associated with transcriptomic modulation. Of this transcriptional response, associated with a change in methylation, the increase in Gal and Loxl3, genes associated with fat consumption and STAT3 signaling, respectively, stands out, as well as the decrease in anti-apoptotic genes such as Gdnf and Ntrk1. In this way, it is important to consider that the results obtained in this thesis are the first to elucidate the effects that obesity causes in DNA methylation at the genomic level and even more specifically in purified POMC neurons.