Functional and molecular analysis of energy metabolism from mice exposed to artificial light at night and fed or not to low-protein diet

Orientadores: Everardo Magalhães Carneiro, Elaine Cristina Vieira Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: O aumento crescente da prevalência da obesidade no mundo coincide com o crescente uso de luz artificial a noite (LAN). Estudos recentes tem demonstrado que a exposição à LAN, leva a dessincronização do relógio biológico e predispõe ao desenvolvimento de doenças metabólicas. A restrição de proteínas durante o período gestacional ou após o desmame leva a alterações no relógio biológico, sendo já demonstrado que a redução desse nutriente, in utero, leva ao desenvolvimento de alterações metabólicas mais acentuadas induzidas pela dieta hiperlipídica (HFD). Contudo, ainda não é conhecido os mecanismos pelos quais a exposição à LAN leva a alterações no metabolismo energético, e também se a restrição de proteína concomitante a exposição à LAN poderia contribuir para a indução de alterações metabólicas mais acentuadas favorecendo o desenvolvimento de doenças metabólicas. Nós observamos em nosso trabalho que camundongos expostos à LAN (LL) por 8 semanas exibiram maior peso corpóreo e resistência à insulina. Além disso, esses camundongos desenvolveram esteatose hepática, fato que poderia ser atribuído a redução da expressão do gene Rev-erbalfa e aumento da expressão dos seu alvos lipogênicos. Ainda, camundongos LL apresentaram no fígado aumento da expressão de microRNAs (miRNAs) que tem como alvo o gene Rev-erbalfa tais como miR-140-5p, 185-5p, 326-5p and 328-5p. Em cultura primária de hepatócitos a superexpressão desses 4 miRNAs levou a redução gênica e proteica de Rev-erbalfa. Contudo, apenas os miR-140-5p, 185-5p apresentaram ação direta na região 3¿UTR do gene Rev-erbalfa. Assim, nós concluímos que a exposição à LAN poderia levar ao desenvolvimento de esteatose hepática devido ao aumento da expressão de miRNAs que modulam a expressão de Rev-erb?. Em seguida nós observamos que camundongos alimentados com dieta hipoproteica (LP), por 14 semanas e expostos à LAN durante as 8 últimas semanas apresentaram alterações semelhantes as exibidas no grupo alimentado com dieta normoproteica (NP), as quais incluem: aumento do peso corpóreo e da glicemia de jejum e alimentado, intolerância à glicose, e maior expressão da Pck1 no fígado durante o subjetivo dia. Contudo, camundongos LP/LL também exibiram algumas diferenças as quais foram dependentes do teor de proteínas como: resistência à insulina no subjetivo dia e perda da variação diária da expressão da Pck1. Além disso, camundongos LP/LL não apresentaram mudança no período do consumo alimentar. Assim nós concluímos que a restrição de proteínas modifica algumas das alterações induzidas pela exposição à LAN ao invés de suscetibilizar o desenvolvimento dos efeitos deletérios promovidos por essa condição Abstract: The use of electric light, as well as, the exposure to irregular light schedules has become common over the 20th century and coincides with increased global prevalence of obesity and metabolic diseases. Several studies have reported that exposure to artificial light at night (ALAN) leads to disruption of circadian rhythm and predispose to obesity and metabolic disorders. Dietary protein restriction, in utero and at early life, leads to altered circadian system. Furthermore, reduced protein on diet at gestation exacerbates the metabolic changes induced by HFD and predisposes to obesity and metabolic syndrome at adulthood. However, remains unclear which mechanisms underlie the metabolic changes induced by exposure to ALAN and, whether protein restriction, after weaning, could exacerbates the deleterious effects induced by nighttime light exposure, and predispose to obesity and metabolic disorders. First we found that mice exposed to ALAN, during 8 weeks, exhibited increased body and fat pad weights, as well as peripheral insulin resistance. Furthermore, these mice developed hepatic steatosis, which could be explained by decreasing expression of the clock gene Rev-erbalpha and consequent up-regulation of it lipogenic targets ACL and FAS. Mice exposed to ALAN also exhibited increased expression of Rev-erbalpha-targeting microRNAs (miRNAs) miR-140-5p, 185-5p, 326-5p and 328-5p, in liver. Besides, in primary hepatocyte culture, the exogenous expression of these miRNAs down-regulated the expression of Rev-erbalpha at gene and protein level. However only the miR-140-5p and miR-185-5p directly bind in the Rev-erbalpha 3¿UTR region. Taken together, these evidences indicate that exposure to ALAN could leads to hepatic steatosis through increasing the expression of miRNAs, which coordinate the down-regulation of Rev-erbalpha expression. Next we observed that mice fed to low-protein (LP) diet during 14 weeks and exposed to ALAN (LL) during the last 8 weeks, exhibited some metabolic changes similar than mice fed to normal protein (NP) diet including, increased body weight, as well as increased fasting and fed glycemia, which was followed by glucose intolerance and up-regulation of Pck1 at subjective day. On the other hand LP/LL group also showed specific metabolic changes, as reduced peripheral insulin sensitivity at subjective day and lost of daily variation in Pck1 expression. Also, these mice did not exhibit altered timing of energy intake toward the subjective day. Thus, our results suggest that protein restriction modify some of the metabolic alteration promoted by nighttime light exposure instead of exacerbates the deleterious effects induced by this condition Doutorado Fisiologia Doutora em Biologia Celular e Estrutural FAPESP 2013/26740-0 CNPQ CAPES