The role of IRBIT in white and brown adipocyte

Abstract

IRBIT는 IP3 R binding protein released with inositol 1,4,5-trisphosphate의 약자로, IP3와 같은 구조를 가지고 있다고 알려져 있다. 세포질그물(Endoplasmic Reticulum)에 존재하는 IP3 수용체에 IP3 대신 붙어 IP3R을 통해 세포질그물에서 세포질로 분출되는 칼슘의 농도를 조절하는 역할을 한다. IP3농도가 낮은 상태에서는 세포질그물에 붙은 IP3 Receptor Protein에 IRBIT가 IP3 대신 붙어서 존재하고 있다가 IP3 농도가 높을 때에는 IRBIT가 떨어져 나오면서 세포질액 (cytosol)에서 그 역할을 하는데, 현재까지 mRNA processing에 관여하거나, 유전체 항상성을 유지하는 등의 역할이 알려져 있었다. 또한 이전 연구에서, IRBIT가 CaMK2α (Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase 2α)의 kinase domain에 상호작용하여 그 활성을 억제한다는 것을 밝힌 바가 있다. CaMK2는 TH(Tyrosine hydroxylase)의 활성을 증가시키는데 TH는 카테콜아민계 호르몬을 합성하는 효소이며 카테콜아민은 지방조직에서 지방분해를 유도하는 호르몬이기에 IRBIT가 지방조직에서 역할을 할 것이라 생각할 수 있다. 하지만 이 결과는 뇌와 HEK293 세포주에서 연구된 결과였고, 지방세포에서의 역할은 아직까지 연구된 바가 없다. 이에 이 논문에서는 IRBIT가 CaMK2의 작용을 억제하여 결과적으로 갈색지방세포의 활성화에 관여할 것이라는 가설을 세우고, IRBIT의 발현과 그 역할을 규명하는 실험을 진행하였다. 마우스 전 장기 중 알려진 대로 뇌조직에 IRBIT 유전자 발현량이 많았지만, 갈색지방 조직에서도 그 발현량이 많다는 것을 확인하였다. 이를 토대로 B6/N 마우스에CL 316,243 (베타3-아드레널직 수용체 길항제)를 처리하여 갈색지방을 활성화 했을 때, IRBIT의 단백질과 유전자 발현 모두 대조군에 비해 상당히 증가하였다. 또한, 추위로 열발생을 증가하거나, CL 316,243의 처리로 샅부위 (inguinal region)의 백색지방 조직의 갈색지방화 유도 시에도, IRBIT의 발현이 증가하였다. 결과를 토대로 IRBIT가 지방조직에서 어떠한 기능을 할 것이라고 생각하였기에, 백색지방 세포주인 3T3-L1와 갈색지방세포를 사용하여 분화과정과 활성화 과정에서 IRBIT가 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과, 백색지방세포와 갈색지방세포의 분화 과정에서IRBIT는 분화가 진행될수록 증가하는 양상을 보인다. 먼저, 갈색지방세포에서 IRBIT의 유전자 발현을 감소시켰을 때, 갈색지방세포의 활성이 증가한다는 사실을 사립체 (mitochondria) 활성 실험에서 확인하였다. 이는 IRBIT의 발현이 줄어들면 CaMK2의 활성이 증가하고, 그의 하위 신호체계 중 Sirt1의 인산화가 늘어나고, 갈색지방세포 특이적 유전자인 UCP1, PGC1α의 발현이 증가하기 때문이라는 것을 western blot 실험을 통해 확인하였다. 또한, 백색지방 세포주인 3T3-L1에서 분화 과정에 IRBIT의 발현을 감소시켰을 때 백색지방 분화에 영향을 주는지 확인하였다. 그 결과, 분화 후에 백색지방 특이적 유전자들(aP2, C/EBPα, PPARγ)의 발현에 차이가 없었기에IRBIT가 백색지방세포의 분화에 미치는 영향은 적다는 결론을 내렸다. 하지만, 3T3-L1의 분화 후CL 316,243 처리로 갈색지방화 (browning)를 유도 했을 때, IRBIT 의 발현을 감소시킨 경우 사립체의 활성이 증가한다는 것을 관찰하였다. 이 현상 또한, 백색 지방세포에서IRBIT의 발현이 감소하면서 CaMK2 인산화와 그 하위 신호체계가 활성화되어IRBIT가 백색지방의 갈색지방화에 영향을 미친다는 사실을 western blot 실험을 통해 확인하였다. 결과적으로, 이 논문에서는 IRBIT가 갈색지방세포의 활성화와 백색지방세포의 갈색지방화에 관여하며, IRBIT의 발현이 감소할 경우 지방대사의 활성이 증가한다는 사실을 보여주고 있다.

The IP3 pseudo-protein, a novel IP3 R binding protein released with inositol 1,4,5-trisphosphate (IRBIT) has been known to regulate calcium release from Endoplasmic Reticulum (ER) to cytosol. IRBIT is highly expressed in Brown Adipose Tissue (BAT), however, the role of IRBIT has not been reported in BAT. Here we show that IRBIT acts as a critical regulator of brown adipocyte activity and white adipocyte browning. IRBIT expression level was increased after CL 316,243 (β3-adrenergic receptor agonist) treatment in adult adipose tissues. Thus, we used brown and white adipocyte to figure out the potential role of IRBIT. So we found out the functional loss of IRBIT enhanced the brown adipocyte activity and white adipocyte browning in a CaMK2 dependent manner. These findings suggest an important role of IRBIT in the regulation of energy expenditure via β3-adrenergic signaling pathway.