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Fettgewebe spielt eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Ganzkörperhomöostase, indem es die Energiespeicherung, die endokrine Signalgebung und die adaptive Thermogenese reguliert und gleichzeitig intensiv mit lokalen und entfernten Organen interagiert 1,2,3. Zwei Haupttypen von Fettgewebe lassen sich unterscheiden: das weiße Fettgewebe (WAT) und das braune Fettgewebe (BAT), die sich deutlich in zellulärer Linie, physiologischer Funktion, anatomischer Verteilung und metabolischer Aktivität unterscheiden4.
WAT bildet das primäre Energiereservoir des Organismus. Weiße Adipozyten sind hochspezialisiert auf die Lipidspeicherung und zeichnen sich durch das Vorhandensein eines einzelnen großen Lipidtropfens (LD) aus, der den Großteil des zytoplasmatischen Raumseinnimmt. Im Gegensatz dazu ist BAT auf nicht-zitternde Thermogenese spezialisiert. Braune Adipozyten enthalten mehrere kleine LDs und weisen eine hohe mitochondriale Dichtevon 3,6 auf. Die thermogene Kapazität von BAT beruht auf dem Entkopplungsprotein 1 (UCP1), einem inneren mitochondrialen Membranprotein, das das Protonenleck über die Membran7 ermöglicht. Durch die Entkopplung der oxidativen Phosphorylierung von der ATP-Synthese dissipiert UCP1 den Protonengradienten als Wärme und trägt so zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur8 bei. Aufgrund ihrer vielfältigen Aufgaben haben WAT und BAT nicht nur als Schlüsselregulatoren und potenzielle therapeutische Ziele bei Stoffwechselerkrankungen, sondern auch in Entwicklungs- und Evolutionsbiologie, Immunologie und Alterung großes Interesse geweckt, was auf ihre komplexen und weitreichenden systemischen Interaktionenzurückzuführen ist. Zunehmende Evidenz deutet außerdem darauf hin, dass die embryonale Stoffwechselprogrammierung eng mit der Entwicklung des Fettgewebes verbunden ist, da Störungen im intrauterinen Umfeld die Anzahl, Verteilung und Funktion der Adipozyten beeinflussen können und so Menschen später im Leben für Fettleibigkeit und Stoffwechselerkrankungen prädisponieren11.
Um die Fettgewebebiologie zu untersuchen, ist die Verfügbarkeit reifer Adipozyten unerlässlich. In-vitro-Kultursysteme bieten eine kontrollierte Umgebung, die die Bewertung spezifischer Faktoren ermöglicht, die Adipogenese und Adipozytenfunktion beeinflussen. Es wurden mehrere Protokolle zur Isolierung und Differenzierung von Adipozyten aus erwachsenen Mäusen oder Neugeborenenjungen eingerichtet: 12,13,14,15. Diese Adipozytenvorläufer können sich jedoch von den ursprünglichen Zellpopulationen unterscheiden, die während der Entwicklung Fettgewebe hervorbringen. Bei Mäusen sind BAT-Depots die ersten, die sich während der Embryogenese entwickeln und den Neugeborenen eine nicht zitternde thermogene Kapazität bieten, die für die postnatale Kälteanpassung entscheidend ist. Depots von braunen Adipozyten können bereits am embryonalen Tag 14.5 (E14.5)16 im Interskapularbereich nachgewiesen werden. LDs beginnen sich bei E15,5 zu bilden, und die UCP1-Expression beginnt etwa bei E16,5. Im Mausembryo sind auch Präadipozyten des inguinalen WAT (iWAT) bereits in diesemStadium 16 vorhanden.
Das hier beschriebene Protokoll konzentriert sich auf Preadipozyten, die bei E15,5 isoliert wurden. Dieses Stadium entspricht der embryonalen Phase, in der Vorläuferzellen die Differenzierung in vivo16 einleiten und damit die primären Vorläufer darstellen, die WAT und BAT hervorbringen. Im Gegensatz dazu könnten adipogene Vorläufer, die im Erwachsenen- oder Neugeborenenstadium isoliert wurden, bereits von Umweltfaktoren beeinflusst worden sein und zeigen wahrscheinlich eine eingeschränktere Plastizität. Daher verbessert der Einsatz embryonaler Vorläufer bei E15.5 die Fähigkeit, das in vivo adipogene Programm getreu nachzubilden, da diese Zellen einen hohen Entwicklungsgrad an Plastizität behalten und eher physiologische Differenzierungsbahnen folgen. Dieser Ansatz ist besonders interessant für entwicklungsbiologische Fragestellungen, insbesondere zur Untersuchung der Auswirkungen von Umweltfaktoren auf die Präadipozytendifferenzierung während der perinatalen Phase, und bietet ein wertvolles Modell zur Untersuchung, wie frühe Expositionen die Entwicklung von Fettgewebe und langfristige metabolische Ergebnisse beeinflussen können. Nutzer sollten jedoch bei dieser Stadien-Spezifität vorsichtig sein: Die Methode ist für E15.5-Embryonen optimiert, und Abweichungen im embryonalen Alter oder in der Dissektionspräzision können die Zellausbeute oder Lebensfähigkeit beeinträchtigen. Außerdem erfordert die Mikrodissektionstechnik Übung, um Kontaminationen mit nicht-fetthaltigem Gewebe zu vermeiden, insbesondere angesichts der geringen Größe der embryonalen Depots. Dieses Protokoll fasst alle Schritte und Verfahren zur Isolierung, Kultivierung, Amplierung und Differenzierung embryonaler Präadipozyten in reife braune und weiße Adipozyten zusammen.