Steap4 Stimulates Adipocyte Differentiation through Activation of Mitotic Clonal Expansion and Regulation of Early Adipogenic Factors

The six-transmembrane epithelial antigen of prostate 4 (Steap4) is a metalloreductase that plays a role in intracellular iron and cupper homeostasis, inflammatory response, and glucose and lipid metabolism. Previously, Steap4 has been reported to stimulate adipocyte differentiation; however, the underlying mechanisms of this action remain unexplored. In the present study, we investigated the molecular mechanisms involved in Steap4-induced adipocyte differentiation using 3T3-L1 cells, immortalized brown adipocyte (iBA) cells, and mouse embryonic fibroblast C3H10T1/2 cells. The knockdown of Steap4 using adenovirus-containing shRNA attenuated mitotic clonal expansion (MCE), as evidenced by the impaired proliferation of 3T3-L1 cells, iBA cells, and C3H10T1/2 cells within 48 hr after adding the differentiation medium. Steap4 knockdown downregulated G1/S phase transition-related cell cycle regulators (including cyclin A and cyclin D) and upregulated cell cycle inhibitors (including p21 and p27). Furthermore, Steap4 knockdown inhibited the phosphorylation of p38 mitogen-activated protein kinase, extracellular signal-regulated kinase, and Akt. Moreover, Steap4 knockdown repressed the expression of early adipogenic activators, such as CCAAT-enhancer-binding protein β (C/EBPβ) and Kruppel-like factor family factor 4 (KLF4). On the other hand, Steap4 knockdown stimulated the expression of adipogenic inhibitors, including KLF2, KLF3, and GATA2. The overexpression of Steap4 using an adenovirus removed the repressive histone marks H3K9me2 and H3K9me3 on the promoter of C/EBPβ. These results indicate that Stepa4 stimulates adipocyte differentiation through the induction of MCE and the modulation of early adipogenic transcription factors, including C/EBPβ, during the early phase of adipocyte differentiation.

Steap4에 의한 지방세포분화 촉진 기전

Six-transmembrane epithelial antigen of prostate 4 (Steap4)는 철과 구리를 환원하여 철과 구리의 세포내 유입에 관여하는 금속 환원효소로, 구리 철의 항상성 뿐만 아니라 염증, 포도당 대사, 지질 대사에도 중요한 역할을 한다. 최근에 Steap4가 지방세포의 분화를 촉진한다는 보고가 발표되었으나, 이에 관련된 분자적 기전에 대해서는 알려지지 않았다. 그래서, 본 연구에서는 Steap4에 의한 지방세포분화 촉진에 관련된 기전을 연구하였다. 이를 위해 3T3-L1 백색지방세포, 불멸화된 갈색지방세포(iBA) 및 생쥐의 배아 섬유아 세포인 C3H10T1/3 세포에서 Steap4을 감소시킨 후 지방세포분화 초기단계에 관련된 신호들을 분석하였다. Steap4을 shRNA로 감소시켰을 때 지방세포분화 초기 단계에서 3종류 지방세포의 세포 증식이 억제되었으며, 세포주기 관련 단백질인 cyclin A, cyclin D 그리고 cdk2의 발현은 감소하는 반면 세포주기 저해 단백질인 p21과 p27의 발현은 증가하였다. 또한 세포주기 관련 신호인 p38, ERK 그리고 Akt의 활성화는 억제되었다. 한편 지방세포분화 초기 단계에 관여하는 지방세포분화 전사인자들을 분석하였을 때, Steap4의 감소는 지방세포분화 활성 전사 인자인 C/EBPβ, KLF4의 발현을 저해하는 반면, 지방세포분화 억제 전사 인자인 KLF2, KLF3 그리고 GATA2의 발현은 증가시켰다. 또한 Steap4의 과발현은 C/EBPβ promoter에 존재하는 전사억제 히스톤 표지자인 H3K9me2과 H3K27me3을 감소시켰다. 따라서, 이상의 결과를 종합하면 Steap4는 지방세포분화 초기단계인 mitotic clonal expansion을 촉진하고 지방세포분화 전사인자들의 발현을 조절함으로써, 지방세포분화를 촉진시킴을 알 수 있었다.