Role of ARHGAP21 in regulation of glucose and energy homeostasis in C57BL/6 mice

Orientador: Helena Cristina de Lima Barbosa SampaioTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: A obesidade e o diabetes mellitus tipo 2 vem crescendo consideravelmente em todo mundo, principalmente devido a alterações no estilo de vida e consumo de dietas hipercalóricas. Essa condição está associada, principalmente, a prejuízos no metabolismo glicídico e energético em humanos e em modelos de experimentação animal. Frente a isto, diversas proteínas que modulam o metabolismo glicêmico e energético vêm sendo investigadas, a fim de elucidar possíveis alvos terapêuticos no tratamento destas enfermidades, dentre as quais destacamos as proteínas ativadoras de GTPase (GAPs). As GAPs regulam a atividade de proteínas G de pequeno tamanho molecular, em geral, acelerando seu retorno a um estado inativo, através da indução da hidrólise do GTP. Recentemente as GAPs da família Rho vem sendo exploradas no contexto metabólico, sendo que a redução do conteúdo da Rho-GAP ARHGAP21 (proteína ativadora de GTPase Rho 21), em ilhotas pancreáticas de neonatos, induz aumento na secreção de insulina frente a baixa concentração de glicose. No entanto, o papel da ARHGAP21 no controle da homeostase glicêmica e energética ainda não está claro. Assim, neste trabalho objetivamos avaliar o papel da ARHGAP21 na regulação do metabolismo. Para isto, camundongos C57BL/6 selvagens ou heterozigotos para ARHGAP21 foram alimentados com dieta padrão ou hiperlipídica por 10 semanas. Como esperado, os camundongos selvagens que receberam a dieta hiperlipídica apresentaram intolerância à glicose, resistência à insulina, hipersecreção de insulina, além de aumento no peso corporal e nos depósitos de gordura. Os animais heterozigotos para ARHGAP21, quando alimentados com dieta hiperlipídica foram protegidos dos efeitos deletérios da dieta e não apresentaram nenhuma das alterações supracitadas. Além disso, observamos que os animais heterozigotos para ARHGAP21 apresentaram aumento na expressão dos genes hipotalâmicos anorexigênicos POMC e CART, corroborando com a diminuição do consumo alimentar e aumento do gasto energético. Esses achados destacam a proteína Rho-GAP ARHGAP21 como um importante modulador do metabolismo energético e da glicose, e um possível candidato para o tratamento de alterações na homeostase glicêmica e energéticaAbstract: Obesity and type 2 diabetes mellitus have been growing considerably worldwide, mainly due to changes in lifestyle and increased consumption of hypercaloric diets. These diseases are associated with impairment in glucose and energy metabolism, both in humans and animal experimental models. Therefore, several proteins that can modulate glycemic and energetic metabolism have been investigated in order to elucidate possible targets to therapeutic treatment of these diseases, among which there are the GTPase activating proteins (GAPs). GAPs regulate the activity of small G proteins, usually, accelerating their inactivation process through the induction of GTP hydrolysis. Recently the Rho-GAPs have been explored in the metabolic context, and the knockdown of the Rho-GAP ARHGAP21 in neonate¿s pancreatic islets induces increased insulin secretion in low glucose concentration. However, the role of ARHGAP21 in glycemic and energetic homeostasis remains unclear. Thus, we aimed to evaluate the role of ARHGAP21 on metabolism regulation. To achieve this, wild C57BL/6 mice or knockdown for ARHGAP21 were fed with chow or high-fat diet for 10 weeks. As expected, wild-type mice that received high-fat diet presented glucose intolerance, insulin resistance, insulin hypersecretion, and increased body weight and fat depots. ARHGAP21 knockdown mice fed with high-fat diet were protected from the deleterious effects of the diet and did not present any of the above-mentioned alterations. In addition, we observed that ARHGAP21 knockdown mice presented increased POMC and CART gene expression, both anorexigenic hypothalamic genes. This data corroborates with decreased food consumption and increased energy expenditure of these mice. These findings highlight the Rho-GAP ARHGAP21 protein as an important modulator of energy and glucose metabolism, and a possible candidate for the treatment of alterations in glycemic and energetic homeostasisDoutoradoFisiologiaDoutora em Biologia Funcional e Molecular2012/14993-9; 2015/12611-0 CAPESFAPES