Investigating the role of SIK2 in hypothalamic POMC like neurons

Abstract

Günümüzde obezite, yüksek kalorili diyet ve hareketsiz yaşam tarzını ile ilişkili epidemik bir sağlık sorunu olarak ele alınmaktadır. Obez bireylerde ve hayvan modellerinde, merkezi sinir sisteminde özellikle hipotalamusta, periferal metabolik dokulardan çok daha önce tespit edilebilen düşük dereceli metabolik inflamasyonun (meta-inflamasyon) obezite etiyopatogenezinde önemli rol oynadığı düşünülmektedir. Enerji dengesinden sorumlu olan AgRP/POMC nöronlarındaki insülin ve leptin direncinin kaynağı olarak, ER stresi ve inflamasyon gösterilmektedir. Fakat bu süreçlerin altında yatan moleküler mekanizmalar halen tam olarak aydınlatılamamıştır. Merkezi sinir sistemlerinde fonksiyonel IRS2 ve IRS4 proteini susturulmuş farelerde, obezite ve azaltılmış enerji harcamasına bağlı olarak hiperglisemi ve insülin direnci geliştirmektedir. Bu durum, SIK2 proteini susturulmuş farelerde rapor edilen insülin direnci, besin alımınındaki ve termogenezdeki azalma ile birlikte ele alındığında, SIK2 ve IRS4 arasında hipotalamik nöronlara özgün bir etkileşimin varlığını akla getirmektedir. Bu çalışmada, beslenme ve enerji dengesinde kritik öneme sahip POMC-benzeri nöronal hücre hattında SIK2-IRS4 ilişkisi irdelenmektedir. İlk defa bu çalışma ile daha önce grubumuz tarafından belirlenen IRE1-IRS4-SIK2 sinyal kompleksinde IRE1'in SIK2'yi fosforlayarak aktive ettiği gösterilmiştir. Bu çalışma aynı zamanda SIK2'nin hücresel enerji durumuna bağlı olarak aktivasyonunu sağlayan ve uzun süredir araştırmalara konu olan LKB1-bağımsız SIK2 aktivasyonunun IRE1 tarafından gerçekleştirildiğini gösteren ilk yayındır. Buna ek olarak IRE1-IRS4-SIK2 sinyal kompleksinin muhtemel diğer üyelerini belirlemek amacıyla yürüttüğümüz immün-çöktürme bağlantılı kütle spektrometresi (IP-MS) çalışmalarında AP3 (ve diğer izoformları) gibi vesiküler transport ile ilişikli proteinler ortaya çıkarılmıştır. SIK2 tarafından ER stresine bağlı olarak düzenlendiğini gösterdiğimiz IRE1-IRS4 sinyal yolağındaki proteinlerin, ileride obezite, Alzheimer, ALS ve PD gibi metabolik ve nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde farmakolojik hedefler olabileceğini öngörmekteyiz.Obesity is seen as a global epidemic as an inevitable consequence of a high-calorie diet and sedentary lifestyle. Metainflammation observed continuously in the central nervous system and peripheral metabolic tissues of obese individuals and animal models are believed to be one of the most important factors linked to obesity etiopathogenesis. Although ER stress and inflammation are attributed as the source of insulin and leptin resistance in AgRP/POMC neurons responsible for energy homeostasis, the molecular mechanism underlying these processes has not been fully elucidated. IRS2 and IRS4 knockout mice in their central nervous system develop hyperglycemia and insulin resistance in association with obesity and reduced energy expenditure. This highlights the possibility of a neuron-based interaction between SIK2 and IRS4 when considering together with insulin resistance and reduced food intake in SIK2 deficient mice. In this study, the interaction between SIK2 and IRS4 in the POMC-like neuronal cells, which is critical in nutrition and energy balance, is examined. For the first time with this study, it was shown that IRE1 activates SIK2 by phosphorylating it within SIK2-IRE1-IRS4 signaling complex. In addition, with immunoprecipitation-coupled mass spectrometry (IP-MS) studies that we conducted to identify other possible members of this signaling complex, proteins associated with vesicular transport such as AP3 were revealed. We anticipate that proteins in this signaling complex, which we have shown to be regulated by SIK2 due to ER stress, may be pharmacological targets in the future treatment of metabolic and neurodegenerative diseases such as obesity, Alzheimer's, ALS and PD.