Study the role of TLR4/TNF-α signaling axis in sensing nutrients leading to inflammation/insulin resistance

من المعروف أن مستقبلات TLR4 و TNF-α يشاركان في ربط الأنظمة المناعية والأيضية معًا، مما يساهم في تطور الالتهاب الأيضي المرتبط بالأمراض المزمنة مثل مقاومة الأنسولين والسكري من النوع 2 ومرض الكبد الدهني وأمراض القلب والأوعية. لقد نشرنا ونشر آخرون عدة تقارير تظهر مشاركة TLR4 في تعزيز الالتهاب تحت تأثير TNF-α في السمنة. ومع ذلك، خلال وجود السمنة/التغذية الزائدة، لا تزال المسارات التفاعلية الكامنة وراء هذا التأثير المتكرر لهذين العاملين على الالتهاب/مقاومة الأنسولين غير واضحة. الفرضية: التفاعل المتبادل بين إشارات TLR4 وTNF-α يعزز تحفيز الالتهاب ومقاومة الأنسولين تحت السمنة الزائدة . هدف الدراسة هو استكشاف كيفية تفاعل إشارة TLR4 بشكل ميكانيكي مع TNF-α تحت تحدي نظام غذائي عالي الدهون وتفاقم الالتهاب/مقاومة الأنسولين. السؤال الأساسي : كيف تؤثر السمنة/التغذية الزائدة على محور إشارة TLR4/TNF-α لتنظيم الالتهاب ومقاومة الأنسولين؟ البيانات المنشورة سابقًا: تدعم بياناتنا في المختبر حتى الآن ما يلي: (1) تعبير مفرط لـ TLR4 في السمنة جنبًا إلى جنب مع TNF-α ؛ (2) الارتباط الإيجابي بين TNF-α وTLR4؛ (3) يُحفِّز TLR4 وTNF-α إنتاج CCL2 و IL-8 . الخطة المنهجية : سيتم تغذية الفئران المعدلة وراثيًا من أنواع knockout العالمية لـ TLR4 وTLR2 على نظام غذائي عالي الدهون (HFD) ونظام غذائي عادي. سيتم إجراء دراسات مقارنة للاستقلابية/المناعية في الفئران knockout العالمية - تم تعاملها بـ HFD مع TNF-α مقابل الفئران التي تمت معالجتها بالمركب. ستتضمن الدراسات الأولية تصنيفات مستقبلة للتحاليل الأيضية (الوزن/التركيب الجسمي، الجلوكوز والإنسولين في المصل، اختبارات الجلوكوز/الأنسولين، إلخ) والفينوتيب الالتهابي (اختراق الخلايا العملاقة، ملفات السايتوكينات/الكيموكينات التوقيعية) بالإضافة إلى التحليلات الانتقائية للتعبير الجيني. النتائج المتوقعة: نتوقع أن تؤدي السمنة والمواد الغذائية العالية الدهنية إلى تعديل مسارات إشارة TLR4/TNF-α مما قد يؤدي إلى تشويه مستويات السايتوكينات والكيموكينات وتحديدات مناطق التغير النمطي السائد الالتهابي M1 والمناظر الإبيجينية. سيؤدي هذا الالتهاب الأيضي المعزز إلى إضطراب مسارات إشارة الأنسولين وزيادة مقاومة الأنسولين. تحت تأثير الزيادة في التغذية/السمنة، ستغير التفاعلات بين هذين العاملين تكوين الدهون البنية. سيعجل فقدان TLR4 وTLR2 بتخفيف التأثيرات الضارة لمحور TLR4/TNF-α. بالمثل، ستظهر الفئران knockout TLR4 وTLR2 أيضًا أقل تشوهًا في السكرية ومقاومة الأنسولين استجابة لTNF-α. ستمهد هذه الدراسات الطريق لدراسات أخرى بعد ذلك، بما في ذلك تحليل ChIP-Seq وتحليلات النمو الأكثر تفصيلاً في المستوى المناعي-الأيضي. الأهمية: ستؤسس هذه الدراسة لمسارات جزيئية تتعلق بالتفاعل المتبادل بين إشارات TLR4 وTNF-α في وجود مواد غذائية عالية الدهون المسؤولة عن تعزيز الالتهاب الأيضي ومقاومة الأنسولين. قد يكون هذا المحور الإشاري مرشحًا قويًا للعلاج لعلاج عدم تحمل الجلوكوز ومقاومة الأنسولين في المستقبل.

It is now well recognized that TLR4 and TNF-α participate in linking the immune and metabolic systems together that contribute to the development of metabolic inflammation associated with diseases including insulin resistance, type 2 diabetes, fatty liver disease, and cardiovascular disease. We and others have published several reports showing the involvement of TLR4 in TNF-α mediated amplification of inflammation in obesity. However, during presence of obesity/overnutrition, the interactive pathways underlying this multiplicative effect of these two agents on inflammation/insulin resistance remains unclear. Hypothesis: Signaling cross talk between TLR4 and TNF-α promotes induction of inflammation and insulin resistance under the influence of in nutrients overload. Our Goal of the study is to explore how TLR4 signal mechanistically interacts with adipokine TNF-α under the challenge of high fat diet and aggravate inflammation/insulin resistance. Central Query: How does obesity/overnutrition influence the TLR4/TNF-α signaling axis for regulating inflammation and insulin resistance? Previously published data: Our in-vitro data support that following: (1) TLR4 overexpressed in obesity along with TNF-α; (2) TNF-α correlates positively with TLR4; (3) TLR4 and TNF-α trigger production of CCL2 and IL-8. Methodological approach: TLR4, TLR2 global knockout and wild type mice will be fed on high fat diet (HFD) and chow diet. Comparative metabolic/immunological studies will be done in global knockout mice -HFD treated with TNF-α vs vehicle treated mice. The initial studies will include metabolic (body weight/composition, serum glucose and insulin, GTT, ITT, etc.) and immunological phenotyping (macrophage infiltration, signature cytokines/chemokines profiles) as well selective gene expression analyses. Expected Results: We expect that the obesity and high fat nutrients will induce modulate TLR4/TNF-α signaling pathways which could perturb cytokines chemokines levels and a pro-inflammatory M1-dominant polarization and epigenetic landscapes. This enhanced metabolic inflammation will disturb the insulin signaling pathways and increase insulin resistance. Under the influence of overnutrition/obesity, the interaction between these two agents will change the brown fat formation. Loss of TLR4 and TLR2 will suppress the detrimental effects of TLR4/TNF-α signaling axis. Similarly, TLR4 and TLR2 knockout mice will also show less dysglycemia and insulin resistance in response to TNF-α. These investigations will pave way for downstream studies including ChIP-Seq and more detailed immuno-metabolic analyses. Significance: This study will establish the molecular pathways associated with the signaling cross-talk between TLR4 and TNF-α in the presence of high fat dietary nutrients responsible for potentiating metabolic inflammation and insulin resistance. This signaling axis may be a potent therapeutic candidate for the treatment of glucose intolerance and insulin resistant treatment in the future.