Metabolismo epatico e differenze di genereAdriana Maggi

Università degli Studi di Milano

Milano, 28 novembre 2017

SISTEMA RIPRODUTTIVO

- Gonadi maschili e femminili

- Ipotalamo e ipofisi

SISTEMA SHELETRICO

SISTEMA VASCOLARE

- Endotelio

- Cellule muscolari lisce

SISTEMA RESPIRATORIO

SISTEMA IMMUNITARIO

SISTEMA NERVOSO

- centrale

- periferico

SP1,NFKB

AP1

G prot,

PI3K…

THE COMPLEXITY OF ESTROGEN RECEPTOR ACTIVITIES

La complessità di azione dei recettori per gli estrogeni

INSULATOR( MAR )

INSULATOR( MAR )

ERE 2xfirefly luciferase

+/- +/-

TK

estrogen

Un topo ingegnerizzato per studiare

l’azione degli estrogeni in animali

viventi

Ciana et al., Mol. Endocrinol. 2001Ciana et al., Nature Med. 2003

isolante

isolanteluciferasi

XX

M D P EE

str

ad

iol(p

g/m

l)

10

20

30

40

50

day 1 day 2 day3 day 4

E2 (pg

/ml)

10

30

50

M D P E

Il fegato: un bersaglio preferenziale nei

topi di sesso femminile

LE PROTEINE, MA NON I CARBOIDRATI SONO ATTIVI SUL

RECETTORE DEGLI ESTROGENI EPATICO

SAZIO

PROTEINE

LIPIDI

CR

CARBOIDRATI

RESTRIZIONE CALORICA

Della Torre et al Cell Metab 2011

. . . ma il fegato risponde agli estrogeni in tutti gli animali?

Dalla lampreda ad arrivare ai mammiferi gli organi che più rispondono agli

estrogeni sono le gonadi e il fegato

estrogeni

Della Torre et al Cell Metab 2011

Fegato, estrogeni e fertilità

vitellogenina

proteine della dieta

Recettore degli

estrogeni

estrogeni

RIPRODUZIONELA PIU’ IMPORTANTE TRA LE FUNZIONI BIOLOGICHE

E’ causa di estinzione

Se la riproduzione avviene in un ambiente poverodi alimenti, questo mette a repentaglio la vita del genitore e quella del neonato

Permette che la vita continui dopo la morte

Permette l’adattamento all’ambiente

Dalla lampreda ai mammiferi il fegato è un bersaglio per gli estrogeni

Dalla lampreda ad arrivare ai mammiferi gli organi che più rispondono agli estrogeni sono le gonadi e il fegato

Esiste un legame indissolubile tra fegato e gonadi perché il fegato è responsabile per la produzione delle proteine dell’uovo e del loro

trasporto

Il fegato un organo essenziale per assoggettare la fertilità alla

disponibilità di nutrienti

FEGATO

OVIPARI

OVAIO

ER

MAMMIFERI

DIETA

Della Torre et al. Cell Metab, 2011

DIETA

ER

GONADI

IL RECETTORE DEGLI ESTROGENI EPATICO NELLA RIPRODUZIONE E NEL METABOLISMO ENERGETICO

Della Torre and Maggi Cell Metab, 2017

nei mammiferi di sesso femminile, il ruolo degli estrogeni non si estingue nella sintesi delle proteine

dell’uovo, bensì è coinvolto nel adattamento del metabolismo energetico alle attività riproduttive

IPOTESI DI LAVORO...

Della Torre and Maggi, Cell Metabolism 2017

apoA-1

apoELi

po

pro

tein

e p

lasm

atic

he SR-B1

LDLR

Ria

ss. e

pat

ico

co

lest

ero

lo

Ciclo riproduttivo e metabolismo

Modificazione lipoproteine plasmatiche

Della Torre et al Cell Rep, 2016

HDLLDLVLDL

P

E

M

D

OVX Co

lest

ero

lo e

su

o t

rasp

ort

o

ANABOLISM

CATABOLISM

WASH AWAY

ACCUMULATE

P

E M D

Nei maschi la mancanza di un sistema specifico per il riciclo del colesterolo puo’

determinare accumulo

In mammiferi di sesso femminile ERα epatico:

• si attiva in presenza di estrogeni e proteine della

dieta(Della Torre et al Cell Metab. 2011)

• Modula la sintesi di IGF-1, essenziale per il

completamento del ciclo riproduttivo e per la

repressione della sintesi epatica di lipidi e colesterolo

(Della Torre et al. Cell Rep, 2016)

• Adatta il metabolismo energetico alle variabili esigenze

riproduttive (Della Torre et al Cell Metab 2017)

ERα EPATICO CONTROLLA IL METABOLISMO ENERGETICO IN FUNZIONE DELLA TTIVITA’

RIPRODUTTIVA

…e nel maschio?

Il gene che codifica per il recettore degli estrogeni è espresso?

Se si, con quali funzioni?

Il fegato di maschio ha basse concentrazioni di ERα

Males

Oil

Re

dO

SYN ND SYN HFD LERKO ND LERKO HFD

Tri

ch

rom

eH

&E

Oil

Red

OT

rich

rom

eH

&E

SYN ND SYN HFD LERKO ND LERKO HFD

A

B

A: FEMALES; B:MALES

Nel fegato di femmina ERα mantiene

l’omeostasi lipidica

La mancanza di ERα ha un effetto benefico per

l’omeostasi del metabolismo lipidico

nel maschio

FemalesO

ilR

ed

O

SYN ND SYN HFD LERKO ND LERKO HFD

Tri

ch

rom

eH

&E

Oil

Red

OT

rich

rom

eH

&E

SYN ND SYN HFD LERKO ND LERKO HFD

A

B

A: FEMALES; B:MALES

Liver ERα-/-

normal dietControls

normal dietLiver ERα-/-

HFD dietControlsHFD diet

ER EPATICO NEL MASCHIO

• INFLUENZA IL METABOLISMO

• HA UN IMPATTO NEGATIVO NELLA RISPOSTA A UNA DIETA RICCA DI LIPIDI

ANALISI DEL TRASCRITTOMA IN MASCHI E FEMMINE IN LEGGERO DIGIUNO

Maschie e femmine sono eutanizzati nel primo pomeriggio

A digiuno da ore 9:00

Femmine in metestro

Analisi del trascrittoma epatico (RNAseq)

Geni maggiormente espressi

Femmine (metestro) maschi

M1 M2 M3 M4 F1 F2 F3 F4 M1 M2 M3 M4 F1 F2 F3 F4 M1 M2 M3 M4 F1 F2 F3 F4 M1 M2 M3 M4 F1 F2 F3 F4

Enpp1 Acaca Cd36 BC048546

Foxo1 Acacb Mapk14 Hc

Gnmt Acly Hao2 Mad2l2

Irs2 Agpat9 Ppargc1a Prdx5

Lepr Akr1d1 Por Serpina11

P2ry1 Apoa4 Abcd2 Serpina12

Ppp1r3b Brca1 Ehhadh Serpina1c

Sik1 Cyp17a1 Scp2 Serpina1e

C1qtnf1 Cyp39a1 Crot Serpina3k

Enpp1 Dhcr24 Abcd2 Serpina7

Foxo1 Elovl6 Pdk4 Serpina9

Gnmt Fasn Prkag2 Serpine2

Irs2 Hexb Irs2 Spint2

Lepr Lpin1 Ppargc1a Susd4

Pdk1 Mgll Ubxn1

Pdk4 Pbx1

Rorc Pik3cb

Sik1 Pnpla3

Cox11 Prkag2

Mup11 Ptgds

Mup12 Sgms1

Mup16 Sh3yl1

Mup19 Slc27a1

Mup20 Srebf1

Mup3 Abhd6

Serpina12 Apoa4

Mup11 Atp1a1

Mup12 Bmp2

Mup16 Brca1

Mup19 C3

Mup20 Fgf1

Mup3 Pdk4

Serpina12 Por

Mup11 Sik1

Mup12 Slc27a1

Mup16 Srebf1

Mup19 Thrsp

Mup20 Mup11

Mup3 Mup12

Slc16a7 Mup16

Slc16a5 Mup19

Slc16a12 Mup20

Mup3

Serpina12

Trib3

Cd36

Cry1

Enpp1

Hexb

Nrip1

Soat1

Mup11

Mup12

Mup16

Mup19

Mup20

Mup3

regulation

of fatty

acid

oxidation

negative

regulation of

proteolysis

plasma membrane lactate

transport

regulation of

lipid

biosynthetic

process

negative

regulation of

lipid

biosynthetic

process

lipid storage

negative

regulation of

lipid storage

fatty acid

oxidation

FA beta ox

regulation of carbohydrate

biosynthetic process

regulation of glucose

metabolic process

negative regulation of

cellular carbohydrate

metabolic process

negative regulation of

gluconeogenesis

negative regulation of

insulin secretion involved in

cellular response to glucose

stimulus

lipid

biosynthetic

process

M1 M2 M3 M4 F1 F2 F3 F4 M1 M2 M3 M4 F1 F2 F3 F4 M1 M2 M3 M4 F1 F2 F3 F4 M1 M2 M3 M4 F1 F2 F3 F4

Enpp1 Acaca Cd36 BC048546

Foxo1 Acacb Mapk14 Hc

Gnmt Acly Hao2 Mad2l2

Irs2 Agpat9 Ppargc1a Prdx5

Lepr Akr1d1 Por Serpina11

P2ry1 Apoa4 Abcd2 Serpina12

Ppp1r3b Brca1 Ehhadh Serpina1c

Sik1 Cyp17a1 Scp2 Serpina1e

C1qtnf1 Cyp39a1 Crot Serpina3k

Enpp1 Dhcr24 Abcd2 Serpina7

Foxo1 Elovl6 Pdk4 Serpina9

Gnmt Fasn Prkag2 Serpine2

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Lepr Lpin1 Ppargc1a Susd4

Pdk1 Mgll Ubxn1

Pdk4 Pbx1

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Sik1 Pnpla3

Cox11 Prkag2

Mup11 Ptgds

Mup12 Sgms1

Mup16 Sh3yl1

Mup19 Slc27a1

Mup20 Srebf1

Mup3 Abhd6

Serpina12 Apoa4

Mup11 Atp1a1

Mup12 Bmp2

Mup16 Brca1

Mup19 C3

Mup20 Fgf1

Mup3 Pdk4

Serpina12 Por

Mup11 Sik1

Mup12 Slc27a1

Mup16 Srebf1

Mup19 Thrsp

Mup20 Mup11

Mup3 Mup12

Slc16a7 Mup16

Slc16a5 Mup19

Slc16a12 Mup20

Mup3

Serpina12

Trib3

Cd36

Cry1

Enpp1

Hexb

Nrip1

Soat1

Mup11

Mup12

Mup16

Mup19

Mup20

Mup3

regulation

of fatty

acid

oxidation

negative

regulation of

proteolysis

plasma membrane lactate

transport

regulation of

lipid

biosynthetic

process

negative

regulation of

lipid

biosynthetic

process

lipid storage

negative

regulation of

lipid storage

fatty acid

oxidation

FA beta ox

regulation of carbohydrate

biosynthetic process

regulation of glucose

metabolic process

negative regulation of

cellular carbohydrate

metabolic process

negative regulation of

gluconeogenesis

negative regulation of

insulin secretion involved in

cellular response to glucose

stimulus

lipid

biosynthetic

process

M1 M2 M3 M4 F1 F2 F3 F4 M1 M2 M3 M4 F1 F2 F3 F4 M1 M2 M3 M4 F1 F2 F3 F4 M1 M2 M3 M4 F1 F2 F3 F4

Enpp1 Acaca Cd36 BC048546

Foxo1 Acacb Mapk14 Hc

Gnmt Acly Hao2 Mad2l2

Irs2 Agpat9 Ppargc1a Prdx5

Lepr Akr1d1 Por Serpina11

P2ry1 Apoa4 Abcd2 Serpina12

Ppp1r3b Brca1 Ehhadh Serpina1c

Sik1 Cyp17a1 Scp2 Serpina1e

C1qtnf1 Cyp39a1 Crot Serpina3k

Enpp1 Dhcr24 Abcd2 Serpina7

Foxo1 Elovl6 Pdk4 Serpina9

Gnmt Fasn Prkag2 Serpine2

Irs2 Hexb Irs2 Spint2

Lepr Lpin1 Ppargc1a Susd4

Pdk1 Mgll Ubxn1

Pdk4 Pbx1

Rorc Pik3cb

Sik1 Pnpla3

Cox11 Prkag2

Mup11 Ptgds

Mup12 Sgms1

Mup16 Sh3yl1

Mup19 Slc27a1

Mup20 Srebf1

Mup3 Abhd6

Serpina12 Apoa4

Mup11 Atp1a1

Mup12 Bmp2

Mup16 Brca1

Mup19 C3

Mup20 Fgf1

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Serpina12 Por

Mup11 Sik1

Mup12 Slc27a1

Mup16 Srebf1

Mup19 Thrsp

Mup20 Mup11

Mup3 Mup12

Slc16a7 Mup16

Slc16a5 Mup19

Slc16a12 Mup20

Mup3

Serpina12

Trib3

Cd36

Cry1

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Hexb

Nrip1

Soat1

Mup11

Mup12

Mup16

Mup19

Mup20

Mup3

regulation

of fatty

acid

oxidation

negative

regulation of

proteolysis

plasma membrane lactate

transport

regulation of

lipid

biosynthetic

process

negative

regulation of

lipid

biosynthetic

process

lipid storage

negative

regulation of

lipid storage

fatty acid

oxidation

FA beta ox

regulation of carbohydrate

biosynthetic process

regulation of glucose

metabolic process

negative regulation of

cellular carbohydrate

metabolic process

negative regulation of

gluconeogenesis

negative regulation of

insulin secretion involved in

cellular response to glucose

stimulus

lipid

biosynthetic

process

Lipid metabolism Glucose metabolism

Protein metabolism

males females

PCA

LIVER METABOLISM

Acetyl-CoA

Succ-CoA

PyrPEP

GAP/DHAP

F1,6BP

G6P

Glucose

BPG 3PG

F6P

Lactate2PG

6PGL 6PG Ribu5P

R5P

Xylu5P

Isocitrate

αKG

Succ-CoA

Succ

Malate

Oxaloacetate Citrate

NADH

S7P+GAP

E4P+F6P

Pentose Phosphate

IleMetValThr

TCA cycleAspAsn

AlaGlyThrCysSerTrp

Fumarate

AspPheTyr

GluGln

LeuLys

Acetyl-CoA

Malonyl-CoA

PDK4Citrate

Malate

Oxaloacetate

FBP1

NADPH

FA synthesis

FA

Glycolysis

Glu

con

eog

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is

Down-regulated

Up-regulated

Acly

Acaca/Acacb

Elovl6Fasn

TG synthesis

Aco2

Gpt2

Got 1

Got 1

Got 1

Gpt2

ArgProHis

AldhArg1

UREA cycle

SDS

Tat

Srebf1

Asl

TG

Il recettore per gli estrogeni ha un ruolo nella regolazione del metabolismo epatico?

LERKOmale female male female

PCA

IL RECETTORE DEGLI ESTROGENI EPATICO

• Ha funzioni differenti in maschi e femmine

• E’ importante per le differenze di metabolismo epatico in maschi e femmine

Verso una farmacologia di sesso/genere

CONSIDERANDO L’IMPORTANZA DEL FEGATO NEL METABOLISMO ENERGETICO E NEL

CATABOLISMO DI XENOBIOTICI, I NOSTRI STUDI HANNO RIPERCUSSIONI NOTEVOLI PER LA

MEDICINA E LA FARMACOLOGIA DI GENERE

LA NECESSITA’ DI UNA MIGLIORE CONOSCENZA DELLA FISIO-PATOLOGIA

FEMMINILE PER MEDICINA E FARMACOLOGIA ADATTATE SUI DUE SESSI

CONCLUSIONE GENERALE

Laboratorio Maggi 2017

Valeria BenedusiPaolo CianaSara DellaTorreFederica LolliClara MedaMonica RebecchiNicoletta RizziElisabetta VegetoAlessandro Villa

Laboratorio Maggi – ex

Paola AgratiSilvia BelcreditoAndrea BiserniAndrea BrenaElectra BrunialtiAlessia BrusadelliGiovanni DiLuccioMartine GarnierSerena GhislettiGiovanna LevandisZi Qin MaGiuseppina MonteleonePaola MussiLuisa OttobriniCesare PatroneTiziana PiepoliGiuseppe PollioBalaji RamachandranGianpaolo RandoSabrina SantagatiPaolo SparaciariAlessia Stell

Collaborazioni

Gillean Ashcrot, Manchester Myles Brown, BostonMario Brufani, RomaAndrea Cignarella, PadovaJan-Pierre Cravedi, LioneSalvatore Cuzzocrea, MessinaDiego DiLorenzo, BresciaLuigi Filocamo, RomaPierre Chambon, StrasburgoMaurizio Crestani, MilanoCarolina Eva, TorinoGeoffrey Greene, ChicagoJan-Ake Gustafsson, HoustonMike Hardman, ManchesterDavid Horner, MilanoBenita Katzenellenbogen, UrbanaBarry Komm, New YorkKenneth Korach, DurhamClemens Lowik, LeidenAndre Krust, StrasburgoSari Makela, Tampere

Susanne Mandrup, OdenseNico Mitro, MilanoAngel Nadal, AlicanteBert O’Malley, HoustonMalcolm Parker, LondonAngelo Poletti, Milano