$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Über ihre primären bioenergetischen Funktionen hinaus dienen Mitochondrien als Signalknotenpunkte in mehreren zellulären Prozessen, einschließlich Zelldifferenzierung 1,2,3,4. Braunes Fettgewebe (BAT) besitzt eine bemerkenswert hohe mitochondriale Masse, die seine thermogene Aktivität unterstützt, was seine Rolle im Energiegleichgewicht des ganzen Körpers und in der Pathogenese der Fettleibigkeitunterstreicht. Während die mitochondriale Masse durch das Gleichgewicht zwischen Biogenese und Mitophagie reguliert wird, bleibt unklar, ob die Expansion der mitochondrialen Masse während der Differenzierung der braunen Adipozyten funktional für die Adipogenese erforderlich ist oder lediglich eine Folge des Prozesses.
Der physiologische mitochondriale Transfer zwischen Zellen wurde sowohl in vitro als auch in vivo dokumentiert, wobei er zur Gewebeanpassung unter pathologischen Bedingungen beiträgt, einschließlich Fettgewebedysfunktion im Zusammenhang mit Fettleibigkeit und Insulinresistenz 6,7. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass künstlicher mitochondrialer Transfer in vitro die Atemkapazität der Empfängerzellen8 verbessert. Diese Ergebnisse stützen zusammen das Konzept, dass mitochondrialer Transfer die zelluläre Stoffwechselfunktion verändern und zur Gewebeanpassung unter Bedingungen bioenergetischen Stressesbeitragen kann. Im Vergleich zu pharmakologischen oder genetischen Strategien, die endogene mitochondriale Biogenese durch Aktivierung nukleärer und mitochondrialer Transkriptionsprogramme stimulieren, liefert der mitochondriale Transfer Organellen direkt an die Empfängerzellen, was eine schnelle Modifikation der mitochondrialen Masse unabhängig von transkriptionellen Manipulationen ermöglicht12,13. Dieser Ansatz ist entscheidend für die Korrektur von Defekten bei mitochondrialen Erkrankungen, ermöglicht aber auch, mitochondriale Wirkungen ohne potenzielle Off-Target-Effekte pharmakologischer oder genetischer Ansätzezu untersuchen 14.
In der vorliegenden Studie untersuchten wir den Effekt einer künstlichen Erhöhung der mitochondrialen Masse durch exogenen mitochondrialen Transfer bei der differenzierenden braunen Adipozyten. Dieser Ansatz ermöglichte eine direkte Bewertung der Auswirkungen der mitochondrialen Masse auf das adipogene Programm. Um dies zu erreichen, wurden mitochondriale Transferprotokolle, die ursprünglich für mesenchymale Stammzellen entwickelt wurden, angepasst, wobei sowohl menschliche Leberzellen als auch Mauspräadipozyten als mitochondriale Spender verwendet wurden. Eine Methode zur Verfolgung menschlicher Mitochondrien in differenzierenden Mauszellen wurde mit genetischen Werkzeugen in Kombination mit bildgebenden Techniken entwickelt, die zeigt, dass Mitochondrien beider Ursprünge in das endogene mitochondriale Netzwerk integriert werden und während der adipogenen Differenzierung bestehen.
Zur Modellierung der defekten Adipogenese, die mit niedriger mitochondrialer Masse assoziiert ist, wurden differenzierte braune Adipozyten verwendet, die von 1-Acylglycerol-3-phosphat-O-acyltransferase 2 (AGPAT2)-defizienten (Agpat2-/-)-defizienten (Agpat2-/-)-Mäusen abgeleitet wurden. AGPAT2 wird im Fettgewebe hoch exprimiert, wo es die Bildung von Phosphatidsäure im Biosyntheseweg der Glycerolipide katalysiert. Der AGPAT2-Mangel verursacht eine schwere Lipodystrophie sowohl bei Menschen als auch bei Mäusen und beeinträchtigt die Adipogenese in weißen und braunen Adipozytenmodellen in Verbindung mit einer verminderten mitochondrialen Masse 16,17,18. Die Einbeziehung exogener Mitochondrien in differenzierende Präadipozyten veränderte die Lipidtropfengröße leicht, erhöhte jedoch nicht die Expression der reifen braunen Adipozytenmarker und rettet die adipogene Beeinträchtigung der Agpat2-/- Präadipozyten.