Adipose tissue is a central metabolic organ in the régulation of whole-body energy homeostasis and has profound effects on physiology and pathophysiology. There has been an upsurge of interest in the adipose tissue coincident with the onset of the obesity épidémie. Adipocytes represent the primary cell type of adipose tissue and can be divided into différent subtypes based on color, from white, beige to brown.
Cyclin-dependent kinase 7 (CDK7) is a member of the cyclin-dependent protein kinases (CDKs) family, which is an important regulator of cell cycle progression and more recently, metabolism. It forms a trimeric complex with cyclin H and MAT1 (Ménage-à-trois 1), which functions as a Cdk-activating kinase (CAK). It is also an essential component of the transcription factor TFIIH, which is involved in transcription initiation, and DNA repair. This protein is thought to serve as a direct link between the régulation of transcription and the cell cycle.
Our laboratory showed that members of the CDK family, such as CDK4 and CDK9, respond to nutritional status and are key factors in the régulation of metabolism independently from cell prolifération. As a CAK member, it is still unknown whether CDK7 has a rôle in adipose tissue metabolism and if yes, is it other CDKs dépendent or not?
In our project, we first generated CDK7 adipose tissue-specific knockout mice (CDK7 adKO) to study the rôle of CDK7 in adipose tissue. We found that knockout mice have decreased body weight and fat mass compared with control mice. These mice did not exhibit insulin or glucose intolerance. We also found BAT of knockout mice are smaller and more "white", which indicated an impaired BAT function.
However, we found this knockout mice model is not that specific, apart from the ablation of CDK7 in both white and brown adipose tissue, CDK7 is also knockdown in the brain. We do observe some phenotypes which are related to the brain, like decreased food intake and physical activity, which could interfere with phenotypes characterization. It will be interesting to study the rôle of CDK7 in the brain in the context of energy homeostasis régulation. On the other hand, In vitro culture of SVF cells from subeutaneous WAT has impaired differentiation capacity, which confirmed a cell autonomous rôle of CDK7 in white adipose tissue. Currently, a more "clean" adipose tissue spécifie CDK7 khockout mice model is generating.
To further analyze the rôle of CDK7 specifically in brown adipose tissue, we generate the brown adipose tissue spécifié CDK7 knockout mice (CDK7 bKO). We found that disruption of CDK7 in BAT does not prédisposé mice to systemic metabolic dysregulation. Compared with control littermates, CDK7 bKO animais had similar body weight and fat mass, indistinguishable basai energy expenditure, locomoter activity, and food intake. To our surprise, with acute cold test, CDK7 bKO mice develop hypothermia only during fasting state, which was accompanied by a marked réduction in blood glucose and in stores of triacylglycerols in BAT. Thus, CDK7 is uniquely required for preparing mice for acute cold exposure.
RNAseq gave us a global view of the genes that are affected by CDK7 knockout in BAT. We found loss of CDK7 disrupts the expression of metabolic genes in mitochondrial in response to cold. CHIP-seq will be a powerful tool to explore the mechanism of CDK7 régulation in control metabolic genes in BAT.
In summary, our data clearly demonstrated that CDK7 is an important regulator in white adipose tissue development and brown fat thermogenesis.
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Le tissu adipeux est un organe métabolique central dans la régulation de l'homéostasie énergétique du corps entier qui a des effets profonds sur la physiologie et la physiopathologie. Il y a eu un regain d'intérêt pour le tissu adipeux coïncidant avec le début de l'épidémie d'obésité. Les adipocytes représentent le principal type de cellules du tissu adipeux et peuvent être divisés en différents sous-types basés sur leur couleur, du blanc au brun en passant par le beige.
La kinase cycline-dépendante 7 (CDK7) est un membre de la famille des protéines kinases cycline-dépendantes (CDK) qui sont des régulateurs importants de la progression du cycle cellulaire et, comme démontré plus récemment, du métabolisme. CDK7 forme un complexe trimérique avec la cycline H et MAT1, qui fonctionne comme une kinase activatrice de Cdk (CAK). C'est aussi un composant essentiel du facteur de transcription TFIIH, impliqué dans l'initiation de la transcription et la réparation de l'ADN. Il a été décrit que cette protéine sert de lien direct entre la régulation de la transcription et le cycle cellulaire.
Notre laboratoire a montré que les membres de la famille CDK, tels que CDK4 et CDK9, répondent à l'état nutritionnel et sont des facteurs clés dans la régulation du métabolisme indépendamment de la prolifération cellulaire. En tant que membre de la famille des CAK, on ne sait pas encore si CDK7 joue un rôle dans le métabolisme du tissu adipeux et, si oui, si cela est dépendant ou non d'autres CDKs.
Dans notre projet, nous avons d'abord généré des souris présentant une délétion de CDK7 spécifiquement dans le tissu adipeux (CDK7 adKO) pour étudier le rôle de CDK7 dans ce tissu. Nous avons constaté que les souris CDK7 adKO ont un poids corporel et une masse grasse diminués par rapport aux souris témoins. Ces souris ne présentent pas d'intolérance à l'insuline ou au glucose. Nous avons également constaté que le tissu adipeux brun (BAT) des souris knock-out sont plus petits et plus «blancs», ce qui indique une altération de la fonction du BAT.
Cependant, nous avons trouvé ce modèle de souris knock-out n'est pas suffisamment spécifique. En effet, au-delà de l'ablation de CDK7 dans les tissus adipeux blanc et brun, CDK7 est également invalidé dans le cerveau. Nous observons certains phénotypes qui sont liés au cerveau, comme une diminution de l'apport alimentaire et de l'activité physique, qui pourraient interférer avec la caractérisation du modèle. Il sera intéressant d'étudier le rôle de CDK7 dans le cerveau dans le contexte de la régulation de l'homéostasie énergétique. D'autre part, la culture in vitro de cellules de la fraction stroma-vasculaire du tissu adipeux sous-cutané montre une altération de la capacité de différenciation, ce qui a confirmé un rôle cellulaire spécifique de CDK7 dans le tissu adipeux blanc. Actuellement, un modèle plus spécifique de souris n'exprimant pas CDK7 dans le tissu adipeux est généré.
Pour analyser plus spécifiquement le rôle de CDK7 dans le BAT, nous avons généré des souris avec une délétion spécifique de CDK7 dans le tissu adipeux brun (CDK7 bKO). Nous avons constaté que l'absence de CDK7 dans le BAT ne prédispose pas les souris à un dérèglement métabolique systémique. Comparativement aux souris témoins, les animaux CDK7 bKO ont un poids corporel, une masse grasse, une dépense énergétique basale une activité locomotrice et un apport alimentaire similaires. À notre grande surprise, lors d'une exposition au froid de courte durée, les souris CDK7 bKO développent une hypothermie à jeun accompagnée d'une réduction marquée de la glycémie et des réserves de triacylglycérols dans le BAT. Ainsi, CDK7 est nécessaire uniquement pour préparer des souris à une exposition aiguë au froid.
Une analyse transcriptomique par RNAseq nous a donné une vision globale des gènes qui sont affectés par l'invalidation de CDK7 dans BAT. Nous avons trouvé que la perte de CDK7 perturbe l'expression des gènes du métabolisme mitochondrial en réponse au froid. Des expériences de CHIP-seq seront un outil puissant pour explorer le mécanisme de régulation des gènes métaboliques par CDK7 dans le contrôle du métabolisme du BAT.
En résumé, nos données ont clairement démontré que CDK7 est un régulateur important dudéveloppement du tissu adipeux blanc et de la thermogenèse dans la graisse brune.