Visualisation et quantification des tissus adipeux bruns et beiges chez la souris à l’aide de l’imagerie micro-PET/MR [18F]FDG
Summary
Imagerie fonctionnelle et quantification des dépôts adipeux thermogéniques chez la souris à l’aide d’une approche basée sur l’imagerie micro-TEP/IRM.
Abstract
Les adipocytes bruns et beiges sont maintenant reconnus comme des cibles thérapeutiques potentielles pour l’obésité et les syndromes métaboliques. Les méthodes d’imagerie moléculaire non invasives sont essentielles pour fournir des informations essentielles sur ces dépôts adipeux thermogéniques. Ici, le protocole présente une méthode basée sur l’imagerie TEP/IRM pour évaluer l’activité des adipocytes bruns et beiges dans le tissu adipeux brun interscapulaire (iBAT) de souris et le tissu adipeux blanc sous-cutané inguinal (iWAT). La visualisation et la quantification des dépôts adipeux thermogéniques ont été réalisées en utilisant [18F]FDG, l’analogue du glucose non métabolisable, comme radiotraceur, lorsqu’ils sont combinés avec les informations anatomiques précises fournies par imagerie par résonance magnétique. L’imagerie TEP/RM a été réalisée 7 jours après l’acclimatation au froid et la quantification du signal [18F]FDG dans différents dépôts adipeux a été réalisée pour évaluer la mobilisation relative des tissus adipeux thermogéniques. L’élimination de l’iBAT a considérablement augmenté l’absorption de [18F]FDG évoquée par le froid dans l’iWAT des souris.
Introduction
En réponse à l’évolution des besoins nutritionnels, le tissu adipeux sert de cache énergétique pour adopter soit le mode de stockage des lipides, soit le mode de mobilisation pour répondre aux besoins du corps1. De plus, le tissu adipeux joue également un rôle clé dans la thermorégulation, via un processus appelé thermogenèse non frissonnante, également appelée thermogenèse facultative. Ceci est généralement réalisé par le tissu adipeux brun (BAT), qui exprime un niveau abondant de protéine de découplage de la protéine membranaire mitochondriale 1 (UCP1). En tant que vecteur de protons, UCP1 génère de la chaleur en découplant le transport de protons et la production d’ATP2. Lors de la stimulation par le froid, la thermogenèse dans les MTD est déclenchée par l’activation du système nerveux sympathique (SNS), suivie de la libération de noradrénaline (NE). NE se lie aux récepteurs adrénergiques β3 et conduit à une élévation de l’AMP cyclique intracellulaire (AMPc). En conséquence, l’engagement dépendant de l’AMPc/PKA du CREB (cAMP response element-binding protein) stimule la transcription Ucp1 via une liaison directe sur les éléments de réponse CREB (CRE)2. En plus des BAT, les adipocytes bruns se trouvent également dans le tissu adipeux blanc et sont donc appelés cellules beiges ou brite (brun-en-blanc)1,3. En réponse à des stimuli spécifiques (tels que le froid), ces cellules beiges autrement quiescentes sont remodelées pour présenter de multiples caractéristiques brunes, y compris des gouttelettes lipidiques multiloculaires, des mitochondries densément emballées et une expression augmentée d’UCP13,4,5.
Des études animales ont démontré que les adipocytes bruns et beiges possèdent de multiples avantages métaboliques au-delà de son effet de réduction des graisses, y compris la sensibilisation à l’insuline, l’abaissement des lipides, l’anti-inflammation et l’anti-athérosclérose6,7. Chez l’homme, la quantité de graisse beige/brune est inversement corrélée à l’âge, à l’indice de résistance à l’insuline et aux troubles cardiométaboliques8. De plus, l’activation des adipocytes beiges/bruns chez l’homme par acclimatation au froid ou par agoniste des récepteurs adrénergiques β3 confère une protection contre une série de troubles métaboliques4,9,10. Ces éléments de preuve indiquent collectivement que l’induction du tissu adipeux brun et beige est une stratégie thérapeutique potentielle pour la prise en charge de l’obésité et de ses complications médicales connexes8.
Fait intéressant, bien qu’ils partagent une fonction similaire, les adipocytes beiges et bruns classiques sont dérivés de précurseurs différents et activés par des mécanismes qui se chevauchent mais sont distincts1. Par conséquent, l’imagerie in vivo et la quantification des adipocytes bruns et beiges sont essentielles pour mieux comprendre le contrôle moléculaire de ces tissus adipeux. Actuellement, la tomographie par émission de positons (TEP) 18F-fluorodésoxyglucose ([18F]FDG) combinée à la tomodensitométrie (TDM) reste la référence en matière de caractérisation des cellules thermogéniques brunes et beiges dans les études cliniques8. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) utilise de puissants champs magnétiques et des impulsions de radiofréquence pour produire des structures anatomiques détaillées. Par rapport à la tomodensitométrie, l’IRM génère des images d’organes et de tissus mous avec une résolution plus élevée. Voici un protocole de visualisation et de quantification des adiposes fonctionnelles brunes et beiges dans des modèles murins après acclimatation à l’exposition au froid, un moyen courant et le plus fiable d’induire un brunissement adipeux. Cette méthode peut être appliquée pour caractériser les dépôts adipeux thermogéniques dans des modèles de petits animaux avec une grande précision.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans cette étude, une imagerie et une quantification basées sur la TEP/IRM du tissu adipeux brun et beige fonctionnel chez un petit animal ont été décrites. Cette méthode utilise l’analogue du glucose non métabolisable [18F]FDG comme biomarqueur d’imagerie afin d’identifier les tissus adipeux à forte demande en glucose de manière non invasive. L’IRM offre un bon contraste des tissus mous et peut mieux différencier les tissus adipeux des tissus mous et des muscles voisins. Lorsqu’il est comb…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions le soutien de la National Natural Science Foundation of China (NSFC) – Excellent Young Scientists Fund (Hong Kong et Macao) (81922079), hongkongais Research Grants Council General Research Fund (GRF 17121520 et 17123419) et Hong Kong Research Grants Council Collaborative Research Fund (CRF C7018-14E) pour les expériences d’imagerie de petits animaux.
Materials
| 0.9% sterile saline | BBraun | 0.9% sodium chloride intravenous infusion, 500 mL | |
| 5 mL syringe | Terumo | SS05L | 5 mL syringe Luer Lock |
| Dose Calibrator | Biodex | Atomlab 500 | |
| Eye lubricant | Alcon Duratears | Sterile ocular lubricant ointment, 3.5 g | |
| Insulin syringe | Terumo | 10ME2913 | 1 mL insulin syringe with needle |
| InterView Fusion software | Mediso | Version 3.03 | Post-processing and image analysis software |
| Isoflurane | Chanelle Pharma | Iso-Vet, inhalation anesthetic, 250 mL | |
| Ketamine | Alfasan International B.V. | HK-37715 | Ketamine 10% injection solution, 10 mL |
| Medical oxygen | Linde HKO | 101-HR | compressed gas, 99.5% purity |
| Metacam | Boehringer Ingelheim | 5 mg/mL Meloxicam solution for injection for dogs and cats, 10 mL | |
| nanoScan PET/MR Scanner | Mediso | 3 Tesla MR | |
| Nucline nanoScan software | Mediso | Version 3.0 | Scanner operating software |
| Wound clips | Reflex 7 | 203-100 | 7mm Stainless steel wound clips, 20 clips |
| Xylazine | Alfasan International B.V. | HK-56179 | Xylazine 2% injection solution, 30 mL |
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