Abstract Epsl5-homology domain containing protein 2 (EHD2) is a dynamin-related ATPase located at the neck of caveolae, but its physiological function has remained unclear. Here, we found that global genetic ablation of EHD2 in mice led to increased fat accumulation. This organismic phenotype was paralleled at the cellular level by increased lipid uptake via a caveolae-, dynamin- and CD36-dependent pathway, an elevated number of detached caveolae and higher caveolar mobility. Furthermore, EHD2 expression itself was down-regulated in the visceral fat of two obese mouse models and obese patients. Our data suggest that EHD2 controls a cell-autonomous, caveolae-dependent lipid uptake pathway and suggest that low EHD2 expression levels are linked to obesity.

Abstract Glycaemic traits are used to diagnose and monitor type 2 diabetes, and cardiometabolic health. To date, most genetic studies of glycaemic traits have focused on individuals of European ancestry. Here, we aggregated genome-wide association studies in up to 281,416 individuals without diabetes (30% non-European ancestry) with fasting glucose, 2h-glucose post-challenge, glycated haemoglobin, and fasting insulin data. Trans-ancestry and single-ancestry meta-analyses identified 242 loci (99 novel; P <5×10 -8 ), 80% with no significant evidence of between-ancestry heterogeneity. Analyses restricted to European ancestry individuals with equivalent sample size would have led to 24 fewer new loci. Compared to single-ancestry, equivalent sized trans-ancestry fine-mapping reduced the number of estimated variants in 99% credible sets by a median of 37.5%. Genomic feature, gene-expression and gene-set analyses revealed distinct biological signatures for each trait, highlighting different underlying biological pathways. Our results increase understanding of diabetes pathophysiology by use of trans-ancestry studies for improved power and resolution.

Adipose tissue can recruit catabolic adipocytes that utilize chemical energy to dissipate heat. This process occurs either by uncoupled respiration through uncoupling protein 1 (UCP1) or by utilizing ATP-dependent futile cycles (FCs). However, it remains unclear how these pathways coexist since both processes rely on the mitochondrial membrane potential. Utilizing single-nucleus RNA sequencing to deconvolute the heterogeneity of subcutaneous adipose tissue in mice and humans, we identify at least 2 distinct subpopulations of beige adipocytes: FC-adipocytes and UCP1-beige adipocytes. Importantly, we demonstrate that the FC-adipocyte subpopulation is highly metabolically active and utilizes FCs to dissipate energy, thus contributing to thermogenesis independent of Ucp1. Furthermore, FC-adipocytes are important drivers of systemic energy homeostasis and linked to glucose metabolism and obesity resistance in humans. Taken together, our findings identify a noncanonical thermogenic adipocyte subpopulation, which could be an important regulator of energy homeostasis in mammals.

Abstract Adipocytes are critical regulators of metabolism and energy balance. While white adipocyte dysfunction is a hallmark of obesity-associated disorders, the activation of thermogenic brown and beige adipocytes is linked to improved cardiometabolic health. As adipocytes dynamically adapt to environmental cues by functionally switching between white and thermogenic phenotypes, a molecular understanding of this adipocyte plasticity could help improving energy balance and weight loss. Here, we show that the long non-coding RNA (lncRNA) Apoptosis associated transcript in bladder cancer (AATBC) is a human-specific regulator of adipocyte plasticity. Searching for new human lncRNAs implicated in adipocyte biology we compared transcriptional profiles of human adipose tissues and cultured adipocytes and discovered that AATBC was enriched in thermogenic conditions. Using primary human adipocytes and immortalized human adipocytes we found that gain-of-function of AATBC enhanced the thermogenic phenotype whereas loss-of-function diminished this effect. The AATBC-mediated increase in mitochondrial respiration was linked to a more fragmented mitochondrial network and vice versa. While we found that AATBC is predominantly located in the nucleus, its effect on global transcription was only marginal. As AATBC is specific to humans, we expressed AATBC in adipose tissue of mice to study its systemic impact, which led to lower plasma leptin levels. Interestingly, this association was also present in human subjects, as AATBC in adipose tissue was inversely correlated with plasma leptin levels, body mass index and other measures of metabolic health. In conclusion, AATBC is a novel obesity-linked regulator of adipocyte plasticity and mitochondrial function in humans.

Summary Obesity, characterized by expansion and metabolic dysregulation of white adipose tissue (WAT), has reached pandemic proportions and acts as a primer for a wide range of metabolic disorders. Remodelling of WAT lipidome in obesity and associated comorbidities can explain disease etiology and provide valuable diagnostic and prognostic markers. To support understanding of WAT lipidome remodelling at the molecular level, we performed in-depth lipidomics profiling of human subcutaneous and visceral WAT of lean and obese individuals. Tissue-tailored preanalytical and analytical workflows allowed accurate identification and semi-absolute quantification of 1636 and 737 lipid molecular species, respectively, and summarized here in a form of human WAT reference lipidome. Deep lipidomic profiling allowed to identify main lipid (sub)classes undergoing depot/phenotype specific remodelling. Furthermore, previously unanticipated diversity of WAT ceramides was uncovered. AdipoAtlas reference lipidome will serve as a data-rich resource for the development of WAT-specific high-throughput methods and as a scaffold for systems medicine data integration.

Summary Lipids are a structurally diverse class of biomolecules which can undergo a variety of chemical modifications. Among them, lipid (per)oxidation attracts most of the attention due to its significance in regulation of inflammation, cell proliferation and death programs. Despite their apparent regulatory significance, the molecular repertoire of oxidized lipids remains largely elusive as accurate annotation of lipid modifications is challenged by their low abundance and largely unknown, biological context-dependent structural diversity. Here we provide a holistic workflow based on the combination of bioinformatics and LC-MS/MS technologies to support identification and relative quantification of oxidized complex lipids in a modification type- and position-specific manner. The developed methodology was used to identify epilipidomics signatures of lean and obese individuals with and without type II diabetes. Characteristic signature of lipid modifications in lean individuals, dominated by the presence of modified octadecanoid acyl chains in phospho- and neutral lipids, was drastically shifted towards lipid peroxidation-driven accumulation of oxidized eicosanoids, suggesting significant alteration of endocrine signalling by oxidized lipids in metabolic disorders.

Abstract Enhancing brown adipose tissue (BAT) function to combat metabolic disease is a promising therapeutic strategy. A major obstacle to this strategy is that a thermoneutral environment, relevant to most modern human living conditions, deactivates functional BAT. We showed that we can overcome the dormancy of BAT at thermoneutrality by inhibiting the main oxygen sensor HIF-prolyl hydroxylase, PHD2, specifically in adipocytes. Mice lacking adipocyte PHD2 ( P2 KO ad ) and housed at thermoneutrality maintained greater BAT mass, had detectable UCP1 protein expression in BAT and higher energy expenditure. Mouse brown adipocytes treated with the pan-PHD inhibitor, FG2216, exhibited higher Ucp1 mRNA and protein levels, effects that were abolished by antagonising the canonical PHD2 substrate, HIF-2a. Induction of UCP1 mRNA expression by FG2216, was also confirmed in human adipocytes isolated from obese individuals. Human serum proteomics analysis of 5457 participants in the deeply phenotyped Age, Gene and Environment Study revealed that serum PHD2 (aka EGLN1) associates with increased risk of metabolic disease. Our data suggest adipose–selective PHD2 inhibition as a novel therapeutic strategy for metabolic disease and identify serum PHD2 as a potential biomarker.

Abstract Adipocytes are critical cornerstones of energy metabolism. While obesity-induced adipocyte dysfunction is associated with insulin resistance and systemic metabolic disturbances, adipogenesis, the formation of new adipocytes and healthy adipose tissue expansion are associated with metabolic benefits. Understanding the molecular mechanisms governing adipogenesis is of great clinical potential to efficiently restore metabolic health in obesity. Here we show that Heart- and neural crest derivatives-expressed protein 2 (HAND2) is an obesity-linked adipocyte transcription factor regulated by glucocorticoids and required for adipocyte differentiation in vitro . In a large cohort of humans with obesity, white adipose tissue (WAT) HAND2 expression was correlated to body-mass-index (BMI). The HAND2 gene was enriched in white adipocytes, induced early in differentiation and responded to dexamethasone, a typical glucocorticoid receptor (GR, encoded by NR3C1 ) agonist. Silencing of NR3C1 in human multipotent adipose-derived stem cells (hMADS) or deletion of GR in a transgenic conditional mouse model results in diminished HAND2 expression, establishing that adipocyte HAND2 is regulated by glucocorticoids via GR in vitro and in vivo . Using a combinatorial RNAseq approach we identified gene clusters regulated by the GR-HAND2 pathway. Interestingly, silencing of HAND2 impaired adipocyte differentiation in hMADS and primary mouse adipocytes. However, a conditional adipocyte Hand2 deletion mouse model using Cre under control of the Adipoq promoter did not mirror these effects on adipose tissue differentiation, indicating that Hand2 was required at stages prior to Adipoq expression. In summary, our study identifies HAND2 as a novel obesity-linked adipocyte transcription factor, highlighting new mechanisms of GR-dependent adipogenesis in human and mice.

Abstract Both obesity and sarcopenia are frequently associated in ageing, and together may promote the progression of related conditions such as diabetes and frailty. However, little is known about the pathophysiological mechanisms underpinning this association. Here we uncover dysregulated systemic alanine metabolism and hyper-expression of the alanine transaminases (ALT) in the liver of obese/diabetic mice and humans. Hepatocyte-selective silencing of both ALT enzymes revealed a clear role in systemic alanine clearance which related to glycemic control. In obese/diabetic mice, not only did silencing both ALT enzymes retard hyperglycemia, but also reversed skeletal muscle atrophy. This was due to a rescue of depressed skeletal muscle protein synthesis, with a liver-skeletal muscle amino acid metabolic crosstalk exemplified by ex vivo experiments. Mechanistically, chronic liver glucocorticoid and glucagon signaling driven liver alanine catabolism promoted hyperglycemia and skeletal muscle wasting. Taken together, here we reveal an endocrine-hepato-muscular metabolic cycle linking hyperglycemia and skeletal muscle atrophy in type 2 diabetes.