Regulation of body mass and adiposity in the field vole, Microtus agrestis: a model of leptin resistance

Abstract

Adult mammals are typically highly resistant to perturbations in their energy balance. In obese humans, however, this control appears to be lost. Apart from a few exceptional cases, this loss of control occurs despite appropriate levels of circulating leptin -suggesting that elevated adiposity may be a consequence of failure to respond to the leptin signal: leptin resistance. When cold-acclimated male field voles (Microtus agrestis) are transferred from short (SD, 8 h light) to long (LD, 16 h light) photoperiods, they increase dramatically in body mass and fatness for about 4 weeks. After this period, their mass stabilizes at a new plateau about 25% higher than animals maintained in SD. The increase in adiposity is not caused by significant increases in food intake, but reflects an increase in digestive efficiency. Measures of circulating leptin reveal that the increased adiposity is matched by increased circulating leptin. By infusing voles with exogenous leptin, we have demonstrated that SD voles are leptin sensitive (reducing both body mass and food intake), whereas LD animals are leptin resistant. Voles may therefore be a useful model for understanding the process of leptin resistance. The change in leptin sensitivity in voles was not associated with changes in the levels of gene expression of the orexogenic or anorexogenic neuropeptides, such as neuropeptide Y, agouti-related peptide, POMC and cocaine-and amphetamine-regulated transcript, measured in the hypothalamic arcuate nucleus (ARC). During the phase that body mass was increasing, however, there was a transient increase in the ARC expression of suppressor of cytokine signalling-3 (SOCS3). These data suggest that the changes in the expression of SOCS3 in the ARC may be involved in leptin resistance. However, the mechanism by which these changes may be linked to alterations in digestive efficiency that underpin the changes in adiposity, or how the differences are signalled by changes in photoperiod, remains unclear.

Circulating leptin levels do not reflect the amount of body fat in the dunlin Calidris alpina during migration

“…Moreover, under specific physiological conditions leptin resistance may occur. Such phenomenon has been observed in seasonal mammals, which deposit considerable amounts of fat tissue during summer months -siberian hamster Phodopus sungorus (Rousseau et al, 2003) and field vole Microtus agrestis (Krol and Speakman, 2007). Another physiological example when leptin does not reduce food intake is pregnancy (Grattan et al, 2007).…”

Hydration-sensitive Gene Expression in Brain

“…SOCS3 inhibits JAK2 kinase [125] and thus the signaling of a variety of hormones and mediators including IL-6, erythropoietin and leptin [126]. Functions suppressed by SOCS3 include activation and/or differentiation pathways in macrophages, dendritic cells, and T lymphocytes [127] as well as regulation of body mass [128].…”

Physiological leptin resistance

“…o aktywności sezonowej Okresową leptynooporność zaobserwowano u wielu gatunków ssaków żyjących w warunkach zmiennej podaży pokarmu (10,30). Zmieniająca się cyklicznie dostępność pożywienia pociąga za sobą duże wahania masy tkanki tłuszczowej i masy ciała w ciągu roku.…”

“…nornik bury Microtus agrestis, zdobywają pożywienie przez cały rok, nawet pod pokrywą śnieżną, wszystkie jednak gromadzą w organizmie duże ilości lipidów w czasie, gdy w środowisku występuje obfitość pokarmu. Leptynooporność u tych ssaków obserwuje się latem, gdy dni są długie, a zwierzęta intensywnie żerują (30,43). Leptyna podawana w tym okresie chomiczkom dżungarskim Phodopus sungorus (43) i nornikom burym (30) nie wywoływała spodziewanej, charakterystycznej dla ssaków odpowiedzi metabolicznej -nie doszło bowiem u badanych zwierząt ani do zmian ilości spożywanego pokarmu, ani do zmian masy ciała.…”

“…Również u nornika burego ekspresja genu kodującego SOCS3 w jądrze łukowa-tym jest zależna od fotoperiodu (31). U tego gatunku ilość mRNA SOCS3 w podwzgórzu wyraźnie wzrasta latem, gdy dzień jest długi, przy jednoczesnym braku odpowiedzi metabolicznej na podanie leptyny (29,30). Powyższe wyniki wskazują, że sygnał dostarczany przez leptynę jest hamowany wewnątrzkomórkowo, a regulacja wrażliwości na tę adipokinę odbywa się poprzez zmiany w aktywowanej przez nią ścieżce sygnałowej.…”