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Differentiation-dependent expression of cathepsin D and importance of lysosomal proteolysis in the degradation of UCP1 in brown adipocytes

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The lysosomal protease cathepsin D increased markedly in brown adipocytes during differentiation in primary cultures. Differentiated cells had 20 times the amount of immunoreactive cathepsin D found in preadipocytes. Cathepsin D mRNA, as estimated by relative RT-PCR, was also present in higher amounts in differentiated brown fat cells. Cathepsin D expression was not influenced by repeated exposures of brown adipocytes to norepinephrine (NE). Cathepsin D levels were also unchanged when NE was withdrawn for 48 h after cells had been exposed to NE for 7 days. In contrast, exposure of the cells to NE for 7 days increased their UCP1 content by more than twofold, which returned to basal levels within 48 h of withholding NE. The half-life of UCP1 under basal conditions and in cells chronically exposed to NE was estimated from reductions in [35S]methionine-labelled immunoprecipitable UCP1 over 72 h. UCP1 t 1/2 under basal conditions was 3.7 ± 0.4 days, which was similar to the half-lives of labelled mitochondrial translation products (3.6 ± 0.8 days). The turnover rates of both UCP1 and mitochondrial translation products were reduced by NE. The turnover rate of UCP1 in the presence or absence of NE cannot account solely for the rapid loss of UCP1 from brown adipocytes upon withdrawal of NE. This loss was reduced when cells were incubated with inhibitors of phosphatidylinositol 3-kinases (PI 3-kinase), previously shown to block formation of autophagic vacuoles. Thus, brown adipocytes acquire a large capacity for both uncoupled metabolism and for lysosomal proteolysis during differentiation. Withdrawal of NE, as often occurs in vivo from suppression of sympathetic nervous system activity, would not only terminate thermogenesis but also favor formation of autophagic vacuoles to rapidly reduce the cell content of UCP1-containing mitochondria.Key words: brown fat, autophagy, protein degradation, protein turnover, phosphatidylinositol 3-kinase, wortmannin, LY294002, 3-methyladenine.

La protéase lysosomale cathepsine D a augmenté de façon marquée dans les adipocytes bruns au cours de la différenciation en cultures primaires. Les cellules différenciées contenaient vingt fois plus de cathepsine D immunoréactive que les préadipocytes. L'ARNm de la cathepsine D, estimé par RT-PCR, était aussi présent en plus grande quantité dans les adipocytes bruns différenciés. L'expression de la cathepsine D n'a pas été modifiée par des expositions répétées des adipocytes bruns à la norépinéphrine (NE). Les taux de cathepsine D sont aussi demeurés inchangés lorsque, après une exposition des cellules pendant 7 jours, la NE a été retirée pour une période de 48 h. Toutefois, l'exposition des cellules à la NE pendant 7 jours a augmenté de plus d'un facteur deux leur teneur en UCP1, qui est retournée aux taux de base dans les 48 h du retrait de la NE. La demi-vie (t 1/2) de l'UCP1, en conditions basales et dans les cellules exposées chroniquement à la NE, a été estimée à partir des réductions d'UCP1 immunoprécipitable marquée à la [35S]méthionine pendant 72 heures. La t 1/2 de l'UCP1 en conditions basales a été de 3,7 ± 0,4 jours, ce qui a été similaire aux demi-vies des produits de traduction mitochondriale marqués (3,6 ± 0,8 jours). Les taux de renouvellement de l'UPC1 et des produits de traduction mitochondriale marqués ont été réduits par la NE. Le taux de renouvellement de l'UPC1 en présence et en absence de NE ne peut à lui seul expliquer la perte rapide en UCP1 des adipocytes bruns après le retrait de la NE. Cette perte a été réduite lorsque les cellules ont été incubées avec des inhibiteurs de phosphatidylinositol 3-kinases, qui sont connus pour bloquer la formation des vacuoles autophagiques. Ainsi, les adipocytes bruns acquièrent une grande capacité tant pour le découplage du métabolisme que pour la protéolyse lysosomale durant la différenciation. Le retrait de la NE, qui se produit souvent in vivo par inhibition de l'activité du système nerveux sympathique, supprimerait la thermogenèse mais favoriserait aussi la formation de vacuoles autophagiques pour réduire rapidement la teneur cellulaire en UPC1 mitochondriale.Mots clés : graisse brune, autophagie, dégradation des protéines, renouvellement des protéines, phosphatidylinositol 3-kinase, wortmannin, LY294002, 3-méthyladénine.
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Keywords: brown fat, autophagy, protein degradation, protein turnover, phosphatidylinositol 3-kinase, wortmannin, LY294002, 3-methyladenine, graisse brune, autophagie, dégradation des protéines, renouvellement des protéines, phosphatidylinositol 3-kinase, wortmannin, LY294002, 3-méthyladénine

Document Type: Research Article

Publication date: June 1, 2002

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