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Control of proteolysis by norepinephrine and insulin in brown adipocytes: role of ATP, phosphatidylinositol 3-kinase, and p70 S6K

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The objective of this study was to evaluate some of the mechanisms by which norepinephrine (NE) and insulin may influence protein degradation in mouse brown adipocytes differentiated in cultures. The effects of NE and insulin, alone or in combination, on three factors known to influence proteolysis (maintenance of cell ATP and 1-phosphatidylinositol 3-kinase (PI 3-kinase) and p70 ribosomal S6-kinase (p70 S6K) activities) were examined. It was proposed that NE affects proteolysis indirectly by decreasing cell ATP from activation of uncoupling protein-1 (UCP1)-dependent mitochondrial respiration. This was tested by comparing the effects of NE and fatty acids (which directly activate UCP1) on proteolysis in brown adipocytes, as well as in pre-adipocytes and 3T3-L1 adipocytes, which do not express UCP1. An inhibitory effect of insulin on proteolysis is observed in both pre-adipocytes and differentiated cells, whereas NE and exogenously added fatty acids inhibit proteolysis only in brown adipocytes. There is a linear relationship between reductions in cell ATP and proteolysis in response to increasing concentrations of NE or fatty acids. PI 3-kinase activity is required for proteolysis, because two selective inhibitors (wortmannin and LY294002) reduce proteolysis in both pre-adipocytes and differentiated cells. This effect is not additive to that of NE, which suggests they affect the same proteolytic pathway. In contrast to NE, insulin increases PI 3-kinase activity and phosphorylation of p70 S6K. Rapamycin, which prevented insulin-dependent increase in phosphorylation of p70 S6K, increases proteolysis in brown adipocytes and antagonizes the inhibitory effect of insulin on proteolysis, but not the inhibitory effect of NE. Thus, insulin inhibits proteolysis via rapamycin-sensitive activation of p70 S6K, whereas the effect of NE appears largely to be a function of decreasing cell ATP content.Key words: brown fat, 3T3-L1 adipocytes, protein degradation, ATP, uncoupling protein-1, fatty acids, rapamycin, wortmannin, LY294002.

La présent étude a eu pour objectif d'évaluer quelques mécanismes par lesquels la norépinéphrine (NE) et l'insuline pourraient influencer la dégradation des protéines dans les adipocytes bruns de souris différenciés en culture. On a examiné les effets de la NE et de l'insuline, seules ou combinées, sur trois facteurs connus pour influer sur la protéolyse : maintien des activités de l'ATP cellulaire, de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI 3-kinase) et de la p70 S6K ribosomique (p70 S6K). Une hypothèse majeure est que la NE influe indirectement sur la protéolyse en diminuant l'ATP cellulaire par l'activation de la respiration mitochondriale découplée dépendante de l'UCP1. On a vérifié cette hypothèse en comparant les effets de la NE et des acides gras (qui activent directement l'UCP1) sur la protéolyse dans les adipocytes bruns ainsi que dans les préadipocytes et les adipocytes 3T3-Li, qui n'expriment pas l'UCP1. On observe un effet inhibiteur de l'insuline sur la protéolyse tant dans les préadipocytes que dans les cellules différenciées, alors que la NE et les acides gras ajoutés de manière exogène inhibent la protéolyse uniquement dans les adipocytes bruns. Il existe une relation linéaire entre les réductions d'ATP cellulaire et la protéolyse en réponse à des augmentations croissantes de NE ou d'acides gras. L'activité de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3 kinase) est nécessaire à la protéolyse puisque deux inhibiteurs sélectifs (wortmannin et LY294002) réduisent la protéolyse dans les préadipocytes et dans les cellules différenciées. Cet effet n'est pas additif à celui de la NE, ce qui donne à penser qu'ils affectent la même voie protéolytique. Contrairement à la NE, l'insuline augmente l'activité de la PI-3 et la phosphorylation de la p70S6-kinase. La rapamycine, qui a prévenu l'augmentation insulino-dépendante de la phosphorylation de la p70 S6K, augmente la protéolyse dans les adipocytes bruns et antagonise l'effet inhibiteur de l'insuline, mais pas celui de la NE, sur la protéolyse. Ainsi, l'insuline inhibe la protéolyse principalement par l'activation sensible à la rapamycine de la p70 S6K, alors que l'effet de la NE semble surtout fonction de la diminution de la teneur en ATP cellulaire.Mots clés : graisse brune, adipocytes 3T3-L1, dégradation des protéines, ATP, protéine-1 découplante, acides gras, rapamycine, wortmannin, LY294002.[Traduit par la Rédaction]
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Keywords: brown fat, 3T3-L1 adipocytes, protein degradation, ATP, uncoupling protein-1, fatty acids, rapamycin, wortmannin, LY294002, graisse brune, adipocytes 3T3-L1, dégradation des protéines, ATP, protéine-1 découplante, acides gras, rapamycine, wortmannin, LY294002

Document Type: Research Article

Publication date: June 1, 2002

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