Exposure to cold temperature stimulates the sympathetic nervous system that activates β-adrenergic receptor signals in brown and beige adipocytes, leading to the induction of adaptive thermogenesis in mammals. Prominin-1 (PROM1) is a pentaspan transmembrane protein that is widely identified as a marker for stem cells, although the role of this protein as a regulator of many intracellular signaling cascades has been recently delineated. In this study, we found out that Prom1 KO mice displayed an impairment in cold- or β3-adrenergic agonist-induced adaptive thermogenesis in subcutaneous adipose tissues (SAT) but not in brown adipose tissues (BAT). By fluorescence-activated cell sorting (FACS) analysis, we identified that PROM1 positive cells are enriched in AP cells from SAT. Prom1-deficient AP cells from SAT showed reduced potential for beige adipogenesis. Furthermore, AP cell-specific depletion of Prom1, but not adipocyte-specific depletion of Prom1, displayed defects in adaptive thermogenesis as evidenced by resistance to cold-induced browning of SAT and dampened energy expenditure in mice. In molecular level, PROM1 might be involved in the cAMP signaling-mediated induction of beige adipogenesis from AP cells through PROM1-ERM axis. To conclude, we found that PROM1 positive AP cells are essential for the adaptive thermogenesis by ensuing stress-induced beige adipogenesis. Identification of PROM1 ligand might be useful in the activation of thermogenesis that could be potentially beneficial in combating obesity.
추위는 포유류의 교감 신경을 자극하여 갈색지방과 베이지 지방의 베타 아드레너직 신호를 활성화시킨다. 이를 통해 순응적 열발생 과정이 이루어진다. 막단백질인 Prominin-1 (PROM1) 은 줄기세포의 표지자로 널리 알려졌으나 최근 연구에서 세포내 신호 전달도 조절한다는 사실이 밝혀졌다. 이 연구에서 우리는 Prom1 유전자 결핍 쥐의 갈색 지방 조직에서는 대조군과 같은 결과를 얻었지만 피하지방 조직에서는 추위나 베타3 아드레너직 작용제에 의한 순응적 열 발생이 저해되어 있는 것을 확인했다. 세포자동 분리 및 해석 장비 (FACS)를 이용한 분석을 통해 피하지방 조직에서 PROM1을 발현하는 세포는 주로 지방 전구세포 집단에 분포하는 것을 확인했다. 피하지방 조직의 Prom1 결핍 지방 전구세포는 베이지 지방세포로의 분화능력이 감소되어 있었다. 더욱이 지방 세포가 아닌 지방 전구세포 특이적인 Prom1 결핍은 순응적 열발생에서 결함을 보여주었고 피하지방조직의 추위에 의한 베이지화와 에너지 소모에 문제를 일으켰다. 분자 수준에서 PROM1은 PROM1-ERM 을 주축으로 하는 지방 전구세포의 cAMP 신호 전달 및 베이지 지방 세포 분화 과정에 관여할 수 있을 것이다. 결론적으로 우리는 PROM1을 발현하는 지방 전구세포는 스트레스에 의한 베이지 지방세포 분화를 조절하며 순응적 열 발생 과정에 필수적인 것을 발견했다. PROM1의 리간드를 발견한다면 열발생 유도를 용의하게 하여 비만 치료에 유용하게 사용할 수 있을 것이다.