Developing a mouse model to explore adipose tissue- specific secretory proteins involved in exercise- induced learning and memory regulation

Abstract

Various studies have shown that exercise has a positive effect on the memory of both animals and human beings. Since exercise stimulates peripheral organs, such as adipose tissue, it is possible that these exercise-induced secretory proteins from adipocytes (adipokines) may directly affect the brain and modulate its functions. However, molecular identities of the adipokines responsible for exercise-induced cognitive improvements have not been clearly identified due to the lack of in vivo adipokine labeling tools. To address this, we have developed a mouse model that can label adipose tissue-derived secretory proteins. This mouse model was constructed by crossing adipose tissue-specific Cre driver with knock-in mouse for expressing endoplasmic reticulum (ER)-targeted TurboID (TurboID-ER) construct in a Cre-dependent manner (loxP-Stop-loxP-TurboID-ER). The resulting double mutant mouse, referred to as Adipoq-CreERT/TurboID-ER (AdiTuR), exhibited specific expression of TurboID and successfully detected the biotinylated proteins in adipose tissues and blood plasma after tamoxifen administration. However, our data showed that plasma adipokine induced by the 4- week exercise could not be detected and not observe to transport into the brain by using AdiTuR mice. These results demonstrated that AdiTuR mice are useful for the detection of plasma adipokines in vivo but are not suitable as a research model for the identification of exercise- induced adipokines. Keywords: learning and memory, tissue-specific secretory protein labelling, adipose tissue|다양한 연구에 따르면 운동은 동물과 인간 모두의 기억력에 긍정적인 영향을 미친다. 운동은 지방 조직과 같은 말초 기관을 자극하기 때문에 운동으로 인해 지방 세포에서 분비되는 단백질(adipokine)이 뇌에 직접 영향을 미치고 뇌의 기능을 조절할 수 있다. 그러나 생체 내 adipokine 표지 도구의 부족으로 인해 운동으로 인한 인지 기능 개선에 관여하는 지방 조직 내 분자의 정체는 명확하게 밝혀지지 않았다. 이를 해결하기 위해 우리는 지방 조직 유래 분비 단백질에 라벨을 붙일 수 있는 쥐 모델을 개발했다. 이 쥐 모델은 지방 조직 특이적 Cre 드라이버와 소포체(ER)를 표적으로 하는 TurboID(TurboID-ER) 구조를 Cre에 의존적으로 발현하는 knock-in 쥐(loxP-Stop-loxP-TurboID-ER)를 교배하여 구축했다. 이렇게 만들어진 Adipoq-CreERT/TurboID-ER(AdiTuR) 쥐는 타목시펜 투여 후 지방 조직과 혈장에서 TurboID가 발현되었으며, 혈장에서 비오티닐화된 단백질이 성공적으로 검출되었다. 그러나 AdiTuR 쥐에서 4주간의 운동으로 유도된 adipokine의 혈장 내 변화와 뇌로의 이동은 관찰할 수 없었다. 요약하면, AdiTuR 쥐는 생체 내에서 혈장 내 adipokine을 검출하는 데는 유용하나, 운동으로 유도된 adipokine을 식별하는 연구 모델로서는 적합하지 않다. 키워드: 학습과 기억, 조직 특이적 분비 단백질 라벨링, 지방 조직