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Cysteine depletion triggers adipose tissue thermogenesis and weight-loss

产热 脂肪组织 半胱氨酸 减肥 内分泌学 内科学 化学 生物化学 医学 肥胖
作者
Aileen H. Lee,Lucie Orliaguet,Yun‐Hee Youm,Rae Maeda,Tamara Dlugos,Yuanjiu Lei,Daniel Coman,Irina Shchukina,Sairam Andhey,Steven R. Smith,Éric Ravussin,Krisztián Stadler,Fahmeed Hyder,Maxim N. Artyomov,Yuki Sugiura,Vishwa Deep Dixit
标识
DOI:10.1101/2024.08.06.606880
摘要

Abstract Dietary interventions such as caloric restriction (CR) 1 and methionine restriction 2 that prolong lifespan induce the ‘browning’ of white adipose tissue (WAT), an adaptive metabolic response that increases heat production to maintain health 3,4 . However, how diet influences adipose browning and metabolic health is unclear. Here, we identified that weight-loss induced by CR in humans 5 reduces cysteine concentration in WAT suggesting depletion of this amino-acid may be involved in metabolic benefits of CR. To investigate the role of cysteine on organismal metabolism, we created a cysteine-deficiency mouse model in which dietary cysteine was eliminated and cystathionine γ-lyase (CTH) 6 , the enzyme that synthesizes cysteine was conditionally deleted. Using this animal model, we found that systemic cysteine-depletion causes drastic weight-loss with increased fat utilization and browning of adipose tissue. The restoration of dietary cysteine in cysteine-deficient mice rescued weight loss together with reversal of adipose browning and increased food-intake in an on-demand fashion. Mechanistically, cysteine deficiency induced browning and weight loss is dependent on sympathetic nervous system derived noradrenaline signaling via β3-adrenergic-receptors and does not require UCP1. Therapeutically, in high-fat diet fed obese mice, one week of cysteine-deficiency caused 30% weight-loss and reversed inflammation. These findings thus establish that cysteine is essential for organismal metabolism as removal of cysteine in the host triggers adipose browning and rapid weight loss.

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