Effect of citrate on the hypothalamic AMPK, food intake and glucose homeostase

O aumento da prevalência da obesidade e diabete tipo 2 nas sociedades modernas está fortemente associado às doenças cardiovasculares, hipertensão, infarto e aterosclerose. Estas patologias têm sido relacionadas com ingestão calórica excessiva e diminuição do gasto energético. Muitos fatores regulam a ingestão alimentar, incluindo hormônios como insulina e leptina, alimentos e comportamento. Estes fatores são integrados no hipotálamo que media um sistema de sinalização celular para regular o comportamento alimentar e o balanço energético da célula. A proteína quinase ativada por AMP (AMPK) tem sido proposta como capaz de mediar as adaptações celulares às variações nutricionais ambientais. O resultado da ativação da AMPK é a inibição de vias biossintetizantes que consomem energia, tais como as vias de síntese de ácidos graxos e proteínas, e a ativação de vias catabólicas, como a via de oxidação de ácidos graxos e a glicólise. No hipotálamo, a AMPK desempenha o papel de mediar os efeitos hormonais na ingestão alimentar e no balanço energético. Outras moléculas, como a acetil-CoA carboxilase (ACC) e o seu produto, o malonil-CoA têm sido propostas como possíveis intermediários na sinalização hipotalâmica que monitora o estado energético do corpo. No presente trabalho, nós administramos citrato, um ativador alostérico da ACC, no hipotálamo de ratos a fim de investigarmos o efeito deste composto na atividade hipotalâmica e hepática da AMPK. O resultado desta modulação no metabolismo energético, metabolismo de glicose e comportamento alimentar foi comparado aos ratos tratados com salina. Nós observamos que o tratamento com citrato inibiu a fosforilação da AMPK hipotalâmica seguido de inibição da fosforilação da ACC hipotalâmica, indicando menor atividade da AMPK neste tecido. A inibição da AMPK promoveu diminuição da ingestão alimentar, perda de peso corpóreo e aumento da expressão dos neuropeptídeos anorexigênicos POMC e CRH. No grupo de ratos tratados com citrato, a captação de glicose foi maior do que nos ratos que receberam solução salina, como mostrada pelo teste tolerância à glicose (GTT) e pelo clamp hiperinsulinêmico-euglicêmico. Consistente com estes resultados, no fígado, os ratos tratados com citrato mostraram maior fosforilação das proteínas da cascata de sinalização da insulina, reduzidos níveis de fosforilação da AMPK e ACC e expressão aumentada da PEPCK e G6Pase, se comparado aos animais controle. O efeito central do citrato na melhora da sinalização da insulina nos tecidos periféricos, na ativação da produção de glicose pelo fígado e na inibição da AMPK hepática foi bloqueado por antagonista ?-adrenérgico. De acordo com estes resultados, nós podemos sugerir que a modulação da AMPK por intermediários metabólicos possa ser um mecanismo importante de controle da homeostase energética e consequentemente do diabetes e obesidadeThe increased prevalence of obesity and type II diabetes in modern societies is largely linked to cardiovascular disease, hypertension, stroke and atherosclerosis. These pathologies have been associated to excessive caloric intake and decreased energy expenditure. Many factors regulate food intake, including hormones such as insulin and leptin, fuels and behavior. These factors are integrated in the hypothalamus that mediates a signaling system to regulate food behavior and cellular energy balance. The AMPactivated protein quinase (AMPK) has been proposed to be capable of mediating the cellular adaptations to nutritional environmental variation. The result of AMPK activation is the inhibition of nergy-consuming biosynthetic pathways, such as fatty acid and protein synthesis, and activation of ATP-catabolic pathways, such as fatty acid oxidation and glycolysis. In the hypothalamus, AMPK mediates hormonal effects on food intake and energy balance. Other molecules, such as acetyl-CoA carboxylase (ACC) and its product malonyl-CoA have been proposed as possible intermediaries in the hypothalamic signaling pathway that monitors energy status. In the present work we administrated citrate, an allosteric activator of ACC, in the hypothalamus to investigate its effect on hypothalamic and hepatic AMPK activity and the result of this modulation in the energetic cellular metabolism, such as glucose metabolism and food behavior. Results were compared to saline-treated rats. Here we show that citrate treatment inhibited hypothalamic AMPK phosphorylation followed by an inhibition of hypothalamic ACC phosphorylation, indicating lower AMPK activity in this tissue. The AMPK inhibition promoted decrease in food intake, loss of body weight and increased expression of anorexigenic neuropeptides (POMC and CRH). In the citrate group, the glucose uptake was higher than in animals receiving saline according to GTT and hyperinsulinemic-euglycemic clamp. Consistent with these results, in the liver, citrate-treated rats showed also higher phosphorylation of insulin signaling proteins than control rats, reduced AMPK and ACC phosphorylation and increased PEPCK and G6Pase expression. Supported by these results, we suggest that AMPK modulation by citrate can be an important mechanism to understand deregulated glucose metabolism involved in diabetes and obesity. The central effect of citrate in the improvement of peripheral insulin signaling, in the activation of liver glucose production, and in the inhibition of hepatic AMPK was blocked by the ?-adrenergic antagonist. According to these results, we suggest that AMPK modulation by metabolic intermediaries can be an important mechanism controlling the energetic homeostase, diabetes and obesity