Synaptic input organization of the melanocortin system predicts diet-induced hypothalamic reactive gliosis and obesity

Synaptic input organization of the melanocortin system predicts diet-induced hypothalamic reactive gliosis and obesity
Tamas L. Horvatha,b,c,1, Beatrix Sarmana, Cristina García-Cáceresd, Pablo J. Enriorie, Peter Sotonyia, Marya Shanabrougha, Erzsebet Boroka, Jesus Argented, Julie A. Chowend, Diego Perez-Tilvef, Paul T. Pflugerf, Hella S. Brönnekef,g, Barry E. Levinh,i, Sabrina Dianoa,b,c, Michael A. Cowleye,1, and Matthias H. Tschöpf,1
+ Author Affiliations

aProgram in Integrative Cell Signaling and Neurobiology of Metabolism, Section of Comparative Medicine, Yale University School of Medicine, New Haven, CT 06520;
bDepartment of Obstetrics/Gynecology and Reproductive Sciences, and
cDepartment of Neurobiology, Yale University School of Medicine, New Haven, CT 06520;
dDepartment of Endocrinology, Hospital Infantil Universitario Niño Jesús, Department of Pediatrics, Universidad Autónoma de Madrid, Los Centros de Investigación Biomédica en Red (CIBER) Fisiopatología Obesidad y Nutrición, Instituto de Salud Carlos III, E-28009 Madrid, Spain;
eDepartment of Physiology, Monash University, Melbourne, VIC 3800, Australia;
fMetabolic Diseases Institute, Division of Endocrinology, Department of Medicine, University of Cincinnati, Cincinnati, OH 45237;
gGerman Institute of Human Nutrition Potsdam-Rehbrücke, 14558 Nuthetal, Germany;
hNeurology Service, Department of Veterans Affairs New Jersey Health Care System, East Orange, NJ 07018; and
iDepartment of Neurology and Neurosciences, New Jersey Medical School, University of Medicine and Dentistry of New Jersey, Newark, NJ 07101

Edited* by Jeffrey M. Friedman, The Rockefeller University, New York, NY, and approved July 6, 2010 (received for review March 30, 2010)

Abstract
The neuronal circuits involved in the regulation of feeding behavior and energy expenditure are soft-wired, reflecting the relative activity of the postsynaptic neuronal system, including the anorexigenic proopiomelanocortin (POMC)-expressing cells of the arcuate nucleus. We analyzed the synaptic input organization of the melanocortin system in lean rats that were vulnerable (DIO) or resistant (DR) to diet-induced obesity. We found a distinct difference in the quantitative and qualitative synaptology of POMC cells between DIO and DR animals, with a significantly greater number of inhibitory inputs in the POMC neurons in DIO rats compared with DR rats. When exposed to a high-fat diet (HFD), the POMC cells of DIO animals lost synapses, whereas those of DR rats recruited connections. In both DIO rats and mice, the HFD-triggered loss of synapses on POMC neurons was associated with increased glial ensheathment of the POMC perikarya. The altered synaptic organization of HFD-fed animals promoted increased POMC tone and a decrease in the stimulatory connections onto the neighboring neuropeptide Y (NPY) cells. Exposure to HFD was associated with reactive gliosis, and this affected the structure of the blood-brain barrier such that the POMC and NPY cell bodies and dendrites became less accessible to blood vessels. Taken together, these data suggest that consumption of an HFD has a major impact on the cytoarchitecture of the arcuate nucleus in vulnerable subjects, with changes that might be irreversible due to reactive gliosis.

synaptic plasticity brain inflammation vulnerability high-fat diet
Footnotes
1To whom correspondence may be addressed. E-mail: tamas.horvath@yale.edu, michael.cowley@monash.edu, or matthias.tschoep@uc.edu.


NEUROLOGÍA
El hipotálamo decide por qué personas que comen lo mismo no engordan igual
JANO.es · 04 Agosto 2010 12:07

Un estudio descubre que las diferencias en el funcionamiento cerebral son la causa de que una misma dieta no tenga los mismos efectos en el peso de las personas.

Investigadores de la Universidad de Yale, en Estados Unidos, han descubierto que las diferencias en el funcionamiento cerebral son la causa de que una misma dieta no tenga los mismos efectos en el peso de las personas.

Según explican en un artículo en la revista Proceedings of the National Academy (PNAS), existía un gran interés en conocer por qué una dieta rica en grasas era capaz de provocar obesidad y otras enfermedades como la diabetes y, en cambio, había personas que comiendo lo mismo mantenían la delgadez durante años.

La respuesta está en los centros de alimentación del hipotálamo, según ha descubierto Tamas Horvath y su equipo en una investigación en ratones. Así, en los pacientes propensos a la obesidad, la señal neuronal que indica al cerebro que se ha comido lo suficiente es más lenta, ya que resulta inhibida por otras células.

En otros términos, "parece que el cableado del cerebro es determinante en la vulnerabilidad para desarrollar obesidad", ha explicado Horvath, ya que en los animales que no engordan, las neuronas que avisan de la saciedad están más activas y avisan más rápido.

Con este descubrimiento se explica también por qué la voluntad personal no determina la obesidad. De hecho, "quienes son vulnerables a la obesidad también desarrollan una inflamación del cerebro, lo que puede explicar por qué tienen más dificultades para perder peso".

El siguiente paso de Horvath y su equipo es analizar qué determina este funcionamiento cerebral, y ver si además de la genética, también pueden afectar factores ambientales.


PNAS, 2010; doi: 10.1073/pnas.1004282107
http://www.pnas.org/content/early/2010/07/29/1004282107.abstract?sid=d91480e8-0dac-4a68-8acb-c408b0d7216a

PNAS
http://www.pnas.org/

Universidad de Yale
http://www.yale.edu/