SARMs jako modulatory funkcji metabolicznych i stresu oksydacyjnego tkanki tłuszczowej i serca w szczurzym modelu otyłości – badania in vitro i in vivo
Type
Project
Date Issued
2020
Author
Discipline
veterinary science
Abstract (PL)
Receptor androgenowy (AR) zlokalizowany jest w wielu tkankach – m. in. w mięśniach i kościach, gonadach, fibroblastach skóry, tętnicach, sercu oraz tkance tłuszczowej. Testosteron i dihydrotestosteron (DHT) to dwa główne hormony androgenowe działające za pośrednictwem receptora androgenowego. Które odpowiedzialne są za rozwój drugorzędowych cech płciowych u samców, stymulują procesy gametogenezy oraz regulują zachowania seksualne. W ostatnich latach włożono wiele wysiłku w opracowanie selektywnych modulatorów receptora androgenowego (ang. selective androgen receptor modulator, SARM) – związków stanowiących alternatywę do hormonalnej terapii zastępczej wykorzystującej pochodne testosteronu. Obecnie zsyntetyzowano kilkaset substancji typu SARM, których zadaniem jest wybiórcza aktywacja receptora androgenowego w tkankach. Umożliwia to promowanie korzystnych funkcji anabolicznych typowych dla androgenów, jednocześnie ograniczając ich niekorzystne działanie np. w gruczole krokowym. Powszechnie wiadomo, że androgeny zaangażowane są w regulację metabolizmu węglowodanowo-lipidowego. Nasilają procesy lipolityczne, hamują lipogenezę, uwrażliwiają m.in. tkankę mięśniową na insulinę poprawiając wykorzystanie glukozy w organizmie. Niedobór androgenów u mężczyzn skutkuje niekorzystnym fenotypem
metabolicznym – otyłością, insulinoopornością, cukrzycą typu drugiego i zwiększonym ryzykiem chorób układu krążenia. Przyczyną niedostatecznej produkcji androgenów mogą być hipogonadyzm (pierwotny i wtórny), jak również kacheksja - stan wyniszczenia towarzyszący wielu chorobom m.in. nowotworom. Otyłość rozwija się na skutek niedoboru androgenów, ale również jako przyczyna. . Otyłość skutkuje również niedotlenieniem tkanek, które negatywnie wpływa na funkcjonowanie komórek tłuszczowych i okolicznych tkanek- może powodować stan zapalny a także prowadzić do martwicy. Tłuszcz osierdziowy, który w warunkach fizjologicznych jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania serca, w przypadku otyłości może przerastać narząd i upośledzać jego funkcje skurczowe, a także być przyczyną rozwoju stanu zapalnego i niedotlenienia. Wpływa to negatywnie na komórki serca, skutkując patologiczną przebudową tkanki. Związek między otyłością i androgenami został wyjaśniony, jednak zależność między molekularnymi
mechanizmami niedotlenienia, rolą receptora androgenowego oraz metabolizmem jest słabo poznana i wymaga dalszych badań.
W ramach naszych badań postawiliśmy następujące hipotezy: enobosarm: i) wpływa na cechy fizjologiczne linii komórkowej C2C12 wykazując efekt antykataboliczny i zwiększając wychwyt glukozy
metabolicznym – otyłością, insulinoopornością, cukrzycą typu drugiego i zwiększonym ryzykiem chorób układu krążenia. Przyczyną niedostatecznej produkcji androgenów mogą być hipogonadyzm (pierwotny i wtórny), jak również kacheksja - stan wyniszczenia towarzyszący wielu chorobom m.in. nowotworom. Otyłość rozwija się na skutek niedoboru androgenów, ale również jako przyczyna. . Otyłość skutkuje również niedotlenieniem tkanek, które negatywnie wpływa na funkcjonowanie komórek tłuszczowych i okolicznych tkanek- może powodować stan zapalny a także prowadzić do martwicy. Tłuszcz osierdziowy, który w warunkach fizjologicznych jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania serca, w przypadku otyłości może przerastać narząd i upośledzać jego funkcje skurczowe, a także być przyczyną rozwoju stanu zapalnego i niedotlenienia. Wpływa to negatywnie na komórki serca, skutkując patologiczną przebudową tkanki. Związek między otyłością i androgenami został wyjaśniony, jednak zależność między molekularnymi
mechanizmami niedotlenienia, rolą receptora androgenowego oraz metabolizmem jest słabo poznana i wymaga dalszych badań.
W ramach naszych badań postawiliśmy następujące hipotezy: enobosarm: i) wpływa na cechy fizjologiczne linii komórkowej C2C12 wykazując efekt antykataboliczny i zwiększając wychwyt glukozy
ii) wpływa na
pierwotne fibroblasty serca działając antykatabolicznie, a także zwiększając proliferację iii) wpływa na metabolizm komórek tłuszczowych - izolowanych preadipocytów szczura i linii komórkowej 3T3-L1
pierwotne fibroblasty serca działając antykatabolicznie, a także zwiększając proliferację iii) wpływa na metabolizm komórek tłuszczowych - izolowanych preadipocytów szczura i linii komórkowej 3T3-L1
iv)
zwiększa beztłuszczową masę ciała, stymulując utratę tłuszczu i poprawiając parametry metabolizmu węglowodanowego i lipidowego u otyłych szczurów. Głównym celem projektu jest zbadanie modulacji
receptora androgenowego przy użyciu wybranego SARMu - enobosarmu w kontekście metabolizmu węglowodanów i lipidów. Cel ten zostanie zrealizowany poprzez zbadania wpływu SARM na: (1) metabolizm
i różnicowanie linii komórkowej mioblastów C2C12, (2) metabolizm i proliferację pierwotnych fibroblastów serca, (3) metabolizm i różnicowanie linii komórkowej 3T3-L1 oraz izolowanych preadipocytów szczura, (4)
metabolizm i profil hormonalny szczurów o prawidłowej masie ciała oraz z indukowaną otyłością i poddanych wymuszonej aktywności fizycznej - bieganiu na bieżni. Do doświadczeń wybrano enobosarm ponieważ
przeszedł badania przedkliniczne, w których został uznany za bezpieczny, a w badaniach klinicznych pacjenci nie zgłaszali groźnych skutków ubocznych. Dodatkowo w wielu badaniach wykazano, że aktywność fizyczna jest istotnym elementem w leczeniu otyłości. Zwiększa wydatek energetyczny, poprawia insulinowrażliwość tkanek, a także poprawia ukrwienie, a co za tym idzie dotlenienie narządów, stąd też w doświadczeniu zaplanowano wysiłek fizyczny. Przedstawiony problem badawczy jest wieloaspektowy, pozwoli na kompleksową ocenę działania enobosarmu, dostarczając wiedzy na temat jego funkcji w tkankach. Dodatkowo dzięki analizie metabolizmu komórek w stanie niedotlenienia poszerzymy wiedzę na temat funkcji receptora androgenowego. Niewątpliwie, istotną wartością projektu jest opisanie działania związku, który mimo iż nie jest dopuszczony do obrotu jako środek leczniczy, jest znany i wykorzystywany nielegalnie w sporcie w celu stymulowania przemian anabolicznych (wzrost masy mięśniowej).Poznanie działania enobosarmu ma zatem na celu nie tylko aspekt bezpieczeństwa wprowadzenia nowych terapii leczniczych, ale również może
obejmować działania prewencyjne i edukacyjne w zakresie stosowania środków dopingujących.
zwiększa beztłuszczową masę ciała, stymulując utratę tłuszczu i poprawiając parametry metabolizmu węglowodanowego i lipidowego u otyłych szczurów. Głównym celem projektu jest zbadanie modulacji
receptora androgenowego przy użyciu wybranego SARMu - enobosarmu w kontekście metabolizmu węglowodanów i lipidów. Cel ten zostanie zrealizowany poprzez zbadania wpływu SARM na: (1) metabolizm
i różnicowanie linii komórkowej mioblastów C2C12, (2) metabolizm i proliferację pierwotnych fibroblastów serca, (3) metabolizm i różnicowanie linii komórkowej 3T3-L1 oraz izolowanych preadipocytów szczura, (4)
metabolizm i profil hormonalny szczurów o prawidłowej masie ciała oraz z indukowaną otyłością i poddanych wymuszonej aktywności fizycznej - bieganiu na bieżni. Do doświadczeń wybrano enobosarm ponieważ
przeszedł badania przedkliniczne, w których został uznany za bezpieczny, a w badaniach klinicznych pacjenci nie zgłaszali groźnych skutków ubocznych. Dodatkowo w wielu badaniach wykazano, że aktywność fizyczna jest istotnym elementem w leczeniu otyłości. Zwiększa wydatek energetyczny, poprawia insulinowrażliwość tkanek, a także poprawia ukrwienie, a co za tym idzie dotlenienie narządów, stąd też w doświadczeniu zaplanowano wysiłek fizyczny. Przedstawiony problem badawczy jest wieloaspektowy, pozwoli na kompleksową ocenę działania enobosarmu, dostarczając wiedzy na temat jego funkcji w tkankach. Dodatkowo dzięki analizie metabolizmu komórek w stanie niedotlenienia poszerzymy wiedzę na temat funkcji receptora androgenowego. Niewątpliwie, istotną wartością projektu jest opisanie działania związku, który mimo iż nie jest dopuszczony do obrotu jako środek leczniczy, jest znany i wykorzystywany nielegalnie w sporcie w celu stymulowania przemian anabolicznych (wzrost masy mięśniowej).Poznanie działania enobosarmu ma zatem na celu nie tylko aspekt bezpieczeństwa wprowadzenia nowych terapii leczniczych, ale również może
obejmować działania prewencyjne i edukacyjne w zakresie stosowania środków dopingujących.
Abstract (EN)
The androgen receptor is located in many tissues - muscles and bones, gonads, skin fibroblasts, arteries, heart and adipose tissue. Testosterone and dihydrotestosterone (DHT) are the two main androgen hormones acting through the androgen receptor and they are responsible for development of secondary sex characteristics in males, stimulate gametogenesis and regulate sexual behaviour. In recent years, much effort has been put into developing selective androgen receptor modulators (SARMs) - agents that are an alternative to hormone replacement therapy using testosterone derivatives. Currently, a lot of SARM compounds have been synthesized, whose task is the selective activation of androgen receptor in tissues. This allows the promotion of beneficial anabolic functions typical for androgens, while limiting their adverse effects e.g. in the prostate. It is well known that androgens are involved in the regulation of carbohydrate-lipid metabolism. They intensify lipolytic processes, inhibit lipogenesis, and sensitize, among others muscle tissue for insulin improving glucose utilization in the body. Androgen deficiency in men results in an unfavourable metabolic phenotype - obesity, insulin resistance, type 2 diabetes and an increased risk of cardiovascular disease. The cause of insufficient androgen production can be hypogonadism (primary and secondary), as well as cachexia - a state that accompanies many diseases, including cancer. Obesity occurs both as a result of androgen deficiency but also as a cause because obesity has been shown to significantly reduce testosterone production. Obesity also results in tissue hypoxia, which negatively affects the functioning of adipose cells and surrounding tissues - it can cause inflammation and also lead to necrosis. Epicardial fat, which in physiological conditions is necessary for the proper functioning of the heart, in the case of obesity can overgrow the organ and reduce its contractile functions, as well as promote inflammation and hypoxia. This negatively affects cardiac cells, resulting in pathological tissue remodelling. The relationship between obesity and androgens is studied, but the relationship/dependence between the molecular mechanisms of hypoxia, the role of androgen receptor and metabolism is poorly understood. As part of our research, we hypothesized that enobosarm: i) affects the physiological features of cultured C2C12 cells demonstrating the anti-catabolic effect and improving glucose uptake
ii) affects the physiological features of cardiac cells – primary cardiac fibroblast, iii) affects the metabolism of fat cells - primary preadipocyte cells and 3T3-L1 cells
iv) increases lean body mass, results in body fat loss and improving the parameters of carbohydrate-lipid metabolism in obese male rats. The main goal of the project is to study androgen receptor modulation using the selected SARM - enobosarm in the context of carbohydrate and lipid metabolism. The main goal will be achieved by studying the effect of SARM on: (1) metabolism and differentiation of the C2C12 myoblast cell line, (2) metabolism and proliferation of primary cardiac fibroblasts, (3) metabolism and differentiation of the 3T3-L1 cell line and isolated rat preadipocytes, (4) metabolism and hormonal profile of rats with normal body weight and with induced obesity and subjected to forced physical activity - treadmill running. Enobosarm was chosen for the experiments because it underwent preclinical studies, in which it was considered safe, and in clinical studies patients did not report dangerous side effects. In addition, many studies have shown that physical activity is an important element in the treatment of obesity. It increases energy expenditure, improves tissue insulin sensitivity, and also increases blood supply, and thus oxygenation of organs - therefore, physical effort is planned in the experiment. The research problem presented is multi-faceted - it will allow a comprehensive assessment of enobosarm activity, providing knowledge about its effects in tissues. In addition, by analysing the metabolism of cells in a hypoxic state, we will broaden our knowledge about androgen receptor function. Finally, an important value of the project is the analysis of the compound, which, despite the lack of acceptance as a therapeutic agent, is already widely available on the black market for abuse in sport as an anabolic agent. Understanding the effect/action of enobosarm is therefore not only a safety aspect of introducing new therapeutic therapies, but may also include preventive and educational activities in the use of doping agents.