Linköping University Medical Dissertations No

The prevalence of obesity is increasing in most parts of the world and is a strong risk factor for the development of insulin resistance, type 2 diabetes and hypertension. Adipose tissue is mainly composed of adipocytes which store energy in the form of triglycerides and release it as free fatty acids. Adipose tissue is one of the major regulators of energy homeostasis in the body. Adipose tissue in different regions of the body has different characteristics and adipocytes in intra-abdominal fat depots are more associated with insulin resistance than adipocytes from subcutaneous fat depots. Research performed during the past several years has led to an explosion in the understanding of adipose tissue and the active role that it plays in aspects of physiology and pathophysiology. One important discovery has been identification of the nuclear hormone receptor called peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR ). Peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR ) is a transcription factor, which is highly expressed in adipocytes. PPAR has been shown to affect several genes of importance for lipid metabolism, differentiation of fat cells and insulin sensitivity. The PPAR receptor can be activated by thiazolidinediones (TZD), a class of insulinsensitising drugs, which promote fatty acid storage in fat depots and decrease glucose levels in plasma, thus, demonstrating the importance of PPAR activity in insulin resistance and metabolic syndrome. This thesis has investigated the transcriptional activity of PPAR in a clinically relevant cell type for insulin resistance and type 2 diabetes; the primary human adipocyte. For this purpose, a method for transfection of primary human adipocytes by electroporation and for measurement of the activity of PPAR has been developed and optimised. This method has been used to study the effect of saturated and unsaturated fatty acids on the transcriptional activity of PPAR . Interestingly, it was been found that saturated fatty acids can activate PPAR , thus promoting a protection against diabetes. The strongest activator was the monounsaturated palmitoleic acid. The transcriptional activity of PPAR in primary human adipocytes from intra-abdominal and subcutaneous adipose tissues was also examined. It was found that PPAR activity is considerably lower in adipocytes from visceral compared with subcutaneous fat from the same subject. Another reason for using human tissue to reach clinical relevance shown here was that the same difference in PPAR activity could not be found between intra-abdominal and subcutaneous fat tissues in mice. This finding may serve as the basis of why excess intraabdominal fat tissue is associated with high risk for development of type 2 diabetes and cardiovascular diseases. The blood pressure regulating renin-angiotensin system (RAS) in human adipose tissue and in isolated adipocytes was examined and related to PPAR . It was found that the production of angiotensin II, which is an important hormone for increasing the blood pressure, can be produced by isolated adipocytes and that the production is higher in adipocytes coming from omental than subcutaneous fat tissue. Further, it was shown that angiotensin II inhibits PPAR activity in omental adipocytes, thus reducing the insulin sensitivity. Therefore, this study connects two of the major risk factors in obesity; diabetes and hypertension, and may also explain how drugs, which inhibit the RAS, can also be protective against diabetes. In conclusion, the findings in this thesis give new knowledge about regulating mechanisms of fat cells and its importance in diabetes and cardiovascular disease. SVENSK SAMMANFATTNING Prevalensen av fetma ökar drastiskt i stora delar av världen och utgör en stor riskfaktor för att utveckla insulinresistens, typ 2 diabetes och hypertoni. Fett kan lagras i olika fettdepåer i kroppen. Fettet som inlagras inuti kroppen, intraabdominellt fett, skiljer sig från fettväven som lagras direkt under huden (subkutant fett). Nyare rön visar att en stor mängd intra-abdominell fettvävnad är en särskilt stark riskfaktor för att utveckla insulinresistens och typ 2 diabetes, samt att avlägsnande av subkutant fett knappast alls påverkar riskfaktorer för kardiovaskulär sjukdom. Under de senaste åren har forskningen lett till en djupare förståelse av fettvävnaden och dess aktiva roll i fysiologin och patofysiologin av insulinresistens. En viktig upptäckt har varit identifieringen av en nukleär receptor som kallas för PPAR (peroxisome proliferator-activated receptor gamma). PPAR receptorn uttrycks huvudsakligen i fettceller och är viktig för fettcelldifferentieringen och fettcellsfunktionen. Receptorn aktiveras av vissa läkemedel för behandling av insulinresistens och hyperglykemi, de så kallade tiazolidindionerna (avandia och actos finns på den svenska marknaden), som sänker blodsockret och även påverkar blodtrycket samt blodfetterna i gynnsam riktning. Detta utgör ett tydligt bevis för betydelsen av PPAR aktiviteten vid insulinresistens och det metabola syndromet. Den här avhandlingen studerar transkriptionsaktiviteten av PPAR i en klinisk relevant celltyp för insulinresistens och typ 2 diabetes, den mänskliga fettcellen. För detta ändamål har en metod för transfektion av primära humana fettceller utvecklats. Metoden användes för att studera insulinsignaleringen i detalj och också för att mäta aktiviteten hos transkriptionsfaktorer. Aktiviteten av PPAR i primära humana fettceller påverkades olika av olika mättade och omättade fettsyror, som alltså kan verka som hormoner. Intressant nog visades att mättat fett, som av många anses vara särskilt ”onyttigt”, i form av stearinsyra kan aktivera PPAR och därmed tänkas medföra ett skydd mot diabetes. Den starkaste aktivatorn var enkelomättad palmoljesyra. Aktiviteten hos PPAR i fettceller från de två olika fettdepåerna, intra-abdominella och subkutana fettvävnaden, studerades. Aktiviteten av PPAR i isolerade fettceller från intra-abdominellt fett befanns vara betydligt lägre än i subkutant fett från samma person. Som en ytterligare anledning att använda mänsklig vävnad för att nå klinisk relevans visades också av att möss inte har samma skillnad i PPAR aktivitet mellan subkutant och intra-abdominellt. Fynden ger underlag till varför stor mängd intraabdominellt fett är förknippat med hög risk för diabetes och därmed kopplad ökad kardiovaskulär risk. Det blodtrycksreglerande renin-angiotensin systemet (RAS) i human fettvävnad och i isolerade fettceller och relationen till PPAR studerades. Produktionen av angiotensin II, som är ett viktigt blodtryckshöjande hormon, producerades av isolerade human fettceller och produktionen var högre från fettceller som kommer från mänskligt omentfett än från subkutant fett. Vidare visades att tillsatt angiotensin II hämmade PPAR aktiviteten i fettceller från omentfettet. Detta fynd kopplar alltså samman två av de stora riskfaktorerna vid fetma; diabetes och högt blodtyck. Det ger också nya intressanta infallsvinklar i hur blodtrycksläkemedel som hämmar reninsystemet kan tänkas skydda mot diabetesuppkomst. Sammanfattningsvis visar denna avhandling att man kan transfektera primära humana fettceller och studera PPAR aktivitet i denna celltyp, och att PPAR aktiviteten kan styras av fettsyror, vilket alltså innebär att matkomponenter (fettsyror) har direkt hormonella effekter i kroppen. Omentfett visades ha särskilt låg PPAR aktivitet. Slutligen befanns att fettväven och isolerade fettceller kan producera olika komponenter i RAS. Det är tydligt att dessa fynd tillsammans har givit upphov till viktig ny kunskap om fettcellens reglermekanismer och dess betydelse för diabetes och kardiovaskulär sjukdom.