Well-regulated feeding is critical to growth, reproduction, and survival. Several researches discovered feeding related genes, however, mechanism of feeding is still unclear. We performed a two-tiered miRNA and RNAi-based genetic screen in Drosophila to identify novel fat-derived regulators of feeding. Here we show that homeodomain-containing transcription factor, Homothorax(HTH), and the enzymatic co-factor tetrahydrobiopterin (BH4) inhibit feeding in Drosophila.
First, we observed that fat body-specific knockdown of Homothorax (HTH) flies shows overeating phenotype, and fat body-specific knockdown of the known Homothorax binding partner Extradenticle (EXD) also enhances feeding. While feeding behavior is related to fat storage, hth loss of function in fat body does not affect fat morphology. This study suggests that enhanced feeding from loss of Hth is not an inhibitor of appetite function in the adult fat body but the secondary effect as a growth factor from development.
BH4 biosynthesis requires the sequential action of the conserved enzymes Punch, Purple, and Sepiapterin Reductase (Sptr). Although we observed increased feeding upon loss of Punch and Purple in the adult fat body, loss of Sptr must occur in the brain. We found Sptr expression is required in four adult brain neurons that express NPF, the fly homologue of the vertebrate appetite regulator NPY. As expected, feeding flies BH4 rescues the loss of Punch and Purple in the fat body and the loss of Sptr in NPF neurons. Mechanistically, we found that BH4 deficiency reduces NPF levels, while excess BH4 increases NPF accumulation without altering its expression. We thus show that because of its physically distributed biosynthesis BH4 acts as a fat-derived signal that induces satiety by inhibiting the activity of the NPF neurons.
성장, 번식, 생존에는 균형잡힌 섭식행동이 중요하다. 여러 연구를 통해 섭식행동에 관련된 유전자들이 밝혀졌으나 그 메커니즘은 여전히 밝혀져 있지 않다. 이 섭식행동을 조절하는 물질 중 지방에서 파생된 새로운 조절물질을 밝히기 위하여 초파리에서 각각 miRNA와 RNA간섭을 기반으로 한 투스텝 스크리닝을 실시하였다. 이 연구에서 초파리의 섭식행동을 억제하는 hoemodomain을 포함하는 전사인자인 homothorax와 조효소인 tetrahydrobiopterin (BH4)에 대하여 밝혔다.
먼저, fat body에만 한하여 Homothorax의 양을 억제했을 때 더 많이 먹는 표현형을 보였고 Homothora(Hth)의 바인딩 파트너인 Extradentical(Exd)의 양을 fat body에서만 억제했을 때에도 섭식행동이 증가함을 관찰하였다. 섭식 행동은 지방량과 연관이 있음에도 불구하고 fat body에서 Hth를 억제한 것이 지방량이나 지방의 형태에 영향을 끼치지는 않았다. 이것으로 보아Hth의 저발현으로 인한 섭식행동의 증가는 성체의 fat body에서 식욕을 억제하는 인자가 아닌 발생중 성장인자로써 작용하여 생기는 부가적인 결과로 생각된다.
BH4 합성에는 보존된 효소인 Punch, Purple, Sepicpterin Reuctase(Sptr)의 순차적인 활성이 요구된다. Punch와 Purple의 억제로 인한 섭식 행동의 증가는 성체의 fat body에서의 작용이지만 Sptr의 억제로 인한 섭식행동의 증가는 뇌에서 발생함을 발견했다. 또한 Sptr의 발현은 척추동물의 식욕 조절제인 NPY와 상동관계에 있는 파리의 NPF를 발현하는 성체 뇌에 있는 4개의 신경이 필요하다는 것을 밝혀냈다. 성체 fat body에서의 Punch, Purple 의 억제와 NPF신경에서의 Sptr의 억제에 의한 식욕증진은 파리에게 BH4를 먹임으로 회복된다. 메커니즘에서는 BH4의 부족이 NPF레벨을 줄이며, 과한 BH4는 NPF의 발현을 바꾸지는 않으면서NPF의 축적을 증가시킨다. 그러므로 우리는 이 연구를 통해 BH4의 생합성이 신체적으로 분리되어 일어나기 때문에 지방에서 파생된 신호가 NPF신경의 활성을 억제함으로써 포만감을 생성한다는 것을 보였다.
