The role of the Fas receptor in adipocyte metabolism

Abstract

Fas (FasR, CD95, Apo-1) is a member of the tumour necrosis receptor superfamily and plays a crucial role in the induction of apoptosis. In addition, depending on the cell type, activation of Fas can also induce non-apoptotic signalling pathways, including inflammation and proliferation. Recently, we demonstrated that Fas- deficient and adipocyte-specific Fas knockout mice are partly protected from insulin resistance induced by high-fat diet, but the mechanisms of this protective effect are incompletely understood. The aim of this study was to elucidate the molecular mechanisms behind this protective effect; in particular the impact of the Fas receptor on adipocyte metabolism. Incubation of differentiating 3T3-L1 preadipocytes with 2 ng/ml Fas ligand (FasL) reduced the early induction of the p44/42 MAP kinases (ERK1/2), which is important for the initiation of differentiation. Furthermore, activation of the Fas receptor led to a decreased expression of the adipogenic markers C/EBPα, C/EBPβ and PPARγ. Treatment with FasL also reduced C/EBPα and PPARγ in mature 3T3-L1 adipocytes. Moreover, activation of the Fas receptor in these cells influenced lipolysis in a time-dependent fashion with an initial decrease after 2 hours and an approximately 2-fold increase after 12 hours. Fas activation-induced phosphorylation of ERK1/2 with a peak after 6 hours and FasL-induced lipolysis was completely blocked by ERK1/2- inhibition. Additionally, the thiazolidinedione rosiglitazone inhibited both Fas-induced ERK1/2 activation and lipolysis. We then aimed to determine upstream mediators and downstream effects of Fas- induced ERK1/2 activation to dissect the pathway(s) leading to increased lipolysis. Fas activation reduced the PPARγ target perilipin. ERK1/2 dependent downregulation of perilipin was shown to increase lipolysis. However, Fas-induced reduction of this lipid droplet coating protein was independent of ERK1/2 activation. Furthermore, FasL treatment of adipocytes led to an increased secretion of the cytokines IL-6, KC (mouse IL-8 homologue) but not of TNFα. But neither IL-6 nor KC was found to be responsible for the ERK1/2-dependent induction of lipolysis. Fas-induced ERK1/2 activation and lipolysis could be partly reduced using extra- and intracellular calcium chelators and an inhibitor of calcium/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII). However, we failed to demonstrate an increase in the enzyme’s activity after FasL treatment. Interestingly, FasL treatment reduced mRNA-expression and protein levels of the C/EBPα target lipin-1, a phosphatase involved in the generation of triacylglycerols. This effect was independent of ERK1/2 activation. It was previously shown that lack of lipin-1 leads to accumulation of its substrate phosphatidic acid (PA) in adipose tissue. We could show here that administration of PA to 3T3-L1 adipocytes increased phosphorylation of ERK1/2 and induced lipolysis. In summary, we show that Fas activation inhibits adipocyte differentiation. In mature adipocytes, FasL treatment induces an inflammatory response and induces ERK1/2- dependent lipolysis. The latter is probably regulated by calcium-dependent pathways. Another possible mechanism involves Fas-mediated inhibition of triacylglycerol synthesis and subsequent activation of tryacylglycerol breakdown. These data underscore the role of the Fas receptor in the development of adipose tissue dysfunction and whole-body insulin resistance.

Fas (FasR, CD95, Apo-1) gehört zur Familie der Tumor Nekrosis-Faktor Rezeptoren und spielt eine tragende Rolle in der Auslösung der Apoptose. Des Weiteren kann die Aktivierung von Fas, je nach Zelltyp, eine Entzündungsreaktion oder eine Zellproliferation auslösen. Wir konnten vor kurzem zeigen, dass Fas-defiziente und fettzellspezifische Fas-Knockout-Mäuse unter einer Fett-angereicherten Diät weniger schnell insulinresistent werden. Der Mechanismus dieses protektiven Effekts ist aber weitgehend unklar. Ziel dieser Arbeit war es, die molekularen Hintergründe dieses protektiven Effekts genauer aufzuklären und dabei besonders den Einfluss des Fas- Rezeptors auf den Metabolismus der Adipozyten zu untersuchen. Inkubation von differenzierenden 3T3-L1 Präadipozyten mit 2 ng/ml Fas Ligand (FasL) reduzierte die frühe Induktion der p44/42 MAP Kinasen (ERK1/2), welche wichtig für die Auslösung der Differenzierung ist. Des Weiteren reduzierte die Aktivierung des Fas-Rezeptors die fettzellspezifischen Markerproteine C/EBPα, C/EBPβ und PPARγ. Auch in reifen 3T3-L1 Fettzellen wurden C/EBPα und PPARγ durch die Behandlung mit FasL reduziert. Zudem beeinflusste die Aktivierung des Fas-Rezeptors die Lipolyse zeitabhängig, mit einer Reduktion nach 2 Stunden und einer ca. 2-fachen Stimulation nach 12 Stunden. Die Aktivierung von Fas führte zur Phosphorylierung von ERK1/2 mit einem Höchstwert nach 6 Stunden. Die durch Fas ausgelöste Lipolyse konnte durch Inaktivierung von ERK1/2 komplett gehemmt werden. Auch das Thiazolidinedion Rosiglitazone hemmte sowohl die durch Fas ausgelöste ERK1/2 Aktivierung wie auch die Lipolyse. Unser Ziel war es dann sowohl Auslöser wie auch Effekte der durch Fas ausgelösten ERK1/2 Aktivierung zu charakterisieren, um die Signalwege aufzuzeigen, die zu einer gesteigerten Lipolyse führen. Die Aktivierung von Fas reduzierte das PPARγ-abhängige Protein Perilipin. Früher konnte gezeigt werden, dass eine ERK1/2-abhängige Reduktion von Perilipin die Lipolyse steigern konnte. Jedoch war die Fas-induzierte Reduktion dieses Fetttropfen-umhüllenden Proteins ERK1/2 unabhängig. Des Weiteren führte eine Fas Aktivierung in Fettzellen zu einer gesteigerten Ausschüttung der Zytokine IL-6 und KC (Maus IL-8 Homolog) aber nicht von TNFα. Hingegen konnten weder KC noch IL-6 für die ERK1/2-abhängige Steigerung der Lipolyse verantwortlich gemacht werden. Die Fas-induzierte ERK1/2-Aktivierung und Lipolyse konnten teilweise durch das Verwenden von extra- und intrazellulären Kalziumchelatoren sowie einem Inhibitor der Kalzium/Kalmodulin-abhängigen Protein Kinase II (KaMK II) gehemmt werden. Wir konnten jedoch keine erhöhte Aktivierung dieses Enzyms nach der Behandlung mit FasL messen. Interessanterweise reduzierte eine FasL-Behandlung die mRNA Expression und die Protein-Konzentration des C/EBPα-abhängigen Protein Lipin-1. Letzteres ist eine Phosphatase, welche in der Synthese von Triacylglycerinen involviert ist. Dieser Effekt war ERK1/2-unabhängig. Es ist bekannt, dass ein Fehlen von Lipin-1 zu einer Akkumulation seines Substrates Phosphatidsäure (PA) im Fettgewebe führt. Wir fanden, dass eine Behandlung von 3T3-L1-Adipozyten mit PA sowohl die Phosphorylierung von ERK1/2 wie auch die Lipolyse induziert. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit, dass die Aktivierung des Fas- Rezeptors die Differenzierung von Präadipozyten hemmt. Im reifen Adipocyten löst eine FasL-Behandlung eine Entzündungsreaktion aus und induziert die Lipolyse ERK1/2-abhängig. Letztere ist möglicherweise durch kalziumabhängige Signalwege reguliert. Ein anderer möglicher Mechanismus beinhaltet eine durch die Fas-Aktivierung gehemmte Triacylgycerinsynthese und eine dadurch induzierte Aufspaltung von Triacylglycerinen. Vorliegende Daten bestätigen eine mögliche Rolle des Fas-Rezeptors in der Differenzierung des Fettgewebes und der Entstehung der Insulinresistenz.