Linking the FTO obesity rs1421085 variant circuitry to cellular, metabolic, and organismal phenotypes in vivo
- PMID: 34290091
- PMCID: PMC8294759
- DOI: 10.1126/sciadv.abg0108
Linking the FTO obesity rs1421085 variant circuitry to cellular, metabolic, and organismal phenotypes in vivo
Abstract
Variants in FTO have the strongest association with obesity; however, it is still unclear how those noncoding variants mechanistically affect whole-body physiology. We engineered a deletion of the rs1421085 conserved cis-regulatory module (CRM) in mice and confirmed in vivo that the CRM modulates Irx3 and Irx5 gene expression and mitochondrial function in adipocytes. The CRM affects molecular and cellular phenotypes in an adipose depot-dependent manner and affects organismal phenotypes that are relevant for obesity, including decreased high-fat diet-induced weight gain, decreased whole-body fat mass, and decreased skin fat thickness. Last, we connected the CRM to a genetically determined effect on steroid patterns in males that was dependent on nutritional challenge and conserved across mice and humans. Together, our data establish cross-species conservation of the rs1421085 regulatory circuitry at the molecular, cellular, metabolic, and organismal level, revealing previously unknown contextual dependence of the variant's action.
Copyright © 2021 The Authors, some rights reserved; exclusive licensee American Association for the Advancement of Science. No claim to original U.S. Government Works. Distributed under a Creative Commons Attribution License 4.0 (CC BY).
Figures






References
-
- Frayling T. M., Timpson N. J., Weedon M. N., Zeggini E., Freathy R. M., Lindgren C. M., Perry J. R. B., Elliott K. S., Lango H., Rayner N. W., Shields B., Harries L. W., Barrett J. C., Ellard S., Groves C. J., Knight B., Patch A.-M., Ness A. R., Ebrahim S., Lawlor D. A., Ring S. M., Ben-Shlomo Y., Jarvelin M.-R., Sovio U., Bennett A. J., Melzer D., Ferrucci L., Loos R. J. F., Barroso I., Wareham N. J., Karpe F., Owen K. R., Cardon L. R., Walker M., Hitman G. A., Palmer C. N. A., Doney A. S. F., Morris A. D., Smith G. D., Hattersley A. T., McCarthy M. I., A common variant in the FTO gene is associated with body mass index and predisposes to childhood and adult obesity. Science 316, 889–894 (2007). - PMC - PubMed
-
- Locke A. E., Kahali B., Berndt S. I., Justice A. E., Pers T. H., Day F. R., Powell C., Vedantam S., Buchkovich M. L., Yang J., Croteau-Chonka D. C., Esko T., Fall T., Ferreira T., Gustafsson S., Kutalik Z., Luan J., Mägi R., Randall J. C., Winkler T. W., Wood A. R., Workalemahu T., Faul J. D., Smith J. A., Zhao J. H., Zhao W., Chen J., Fehrmann R., Hedman Å. K., Karjalainen J., Schmidt E. M., Absher D., Amin N., Anderson D., Beekman M., Bolton J. L., Bragg-Gresham J. L., Buyske S., Demirkan A., Deng G., Ehret G. B., Feenstra B., Feitosa M. F., Fischer K., Goel A., Gong J., Jackson A. U., Kanoni S., Kleber M. E., Kristiansson K., Lim U., Lotay V., Mangino M., Leach I. M., Medina-Gomez C., Medland S. E., Nalls M. A., Palmer C. D., Pasko D., Pechlivanis S., Peters M. J., Prokopenko I., Shungin D., Stančáková A., Strawbridge R. J., Sung Y. J., Tanaka T., Teumer A., Trompet S., van der Laan S. W., van Setten J., Van Vliet-Ostaptchouk J. V., Wang Z., Yengo L., Zhang W., Isaacs A., Albrecht E., Ärnlöv J., Arscott G. M., Attwood A. P., Bandinelli S., Barrett A., Bas I. N., Bellis C., Bennett A. J., Berne C., Blagieva R., Blüher M., Böhringer S., Bonnycastle L. L., Böttcher Y., Boyd H. A., Bruinenberg M., Caspersen I. H., Chen Y.-D. I., Clarke R., Daw E. W., de Craen A. J. M., Delgado G., Dimitriou M., Doney A. S. F., Eklund N., Estrada K., Eury E., Folkersen L., Fraser R. M., Garcia M. E., Geller F., Giedraitis V., Gigante B., Go A. S., Golay A., Goodall A. H., Gordon S. D., Gorski M., Grabe H.-J., Grallert H., Grammer T. B., Gräßler J., Grönberg H., Groves C. J., Gusto G., Haessler J., Hall P., Haller T., Hallmans G., Hartman C. A., Hassinen M., Hayward C., Heard-Costa N. L., Helmer Q., Hengstenberg C., Holmen O., Hottenga J.-J., James A. L., Jeff J. M., Johansson Å., Jolley J., Juliusdottir T., Kinnunen L., Koenig W., Koskenvuo M., Kratzer W., Laitinen J., Lamina C., Leander K., Lee N. R., Lichtner P., Lind L., Lindström J., Lo K. S., Lobbens S., Lorbeer R., Lu Y., Mach F., Magnusson P. K. E., Mahajan A., McArdle W. L., McLachlan S., Menni C., Merger S., Mihailov E., Milani L., Moayyeri A., Monda K. L., Morken M. A., Mulas A., Müller G., Müller-Nurasyid M., Musk A. W., Nagaraja R., Nöthen M. M., Nolte I. M., Pilz S., Rayner N. W., Renstrom F., Rettig R., Ried J. S., Ripke S., Robertson N. R., Rose L. M., Sanna S., Scharnagl H., Scholtens S., Schumacher F. R., Scott W. R., Seufferlein T., Shi J., Smith A. V., Smolonska J., Stanton A. V., Steinthorsdottir V., Stirrups K., Stringham H. M., Sundström J., Swertz M. A., Swift A. J., Syvänen A.-C., Tan S.-T., Tayo B. O., Thorand B., Thorleifsson G., Tyrer J. P., Uh H.-W., Vandenput L., Verhulst F. C., Vermeulen S. H., Verweij N., Vonk J. M., Waite L. L., Warren H. R., Waterworth D., Weedon M. N., Wilkens L. R., Willenborg C., Wilsgaard T., Wojczynski M. K., Wong A., Wright A. F., Zhang Q.; LifeLines Cohort Study, Brennan E. P., Choi M., Dastani Z., Drong A. W., Eriksson P., Franco-Cereceda A., Gådin J. R., Gharavi A. G., Goddard M. E., Handsaker R. E., Huang J., Karpe F., Kathiresan S., Keildson S., Kiryluk K., Kubo M., Lee J.-Y., Liang L., Lifton R. P., Ma B., McCarroll S. A., McKnight A. J., Min J. L., Moffatt M. F., Montgomery G. W., Murabito J. M., Nicholson G., Nyholt D. R., Okada Y., Perry J. R. B., Dorajoo R., Reinmaa E., Salem R. M., Sandholm N., Scott R. A., Stolk L., Takahashi A., Tanaka T., van’t Hooft F. M., Vinkhuyzen A. A. E., Westra H.-J., Zheng W., Zondervan K. T.; ADIPOGen Consortium; AGEN-BMI Working Group; CARDIOGRAMplusC4D Consortium; CKDGen Consortium; GLGC, ICBP, MAGIC Investigators; MuTHER Consortium; MIGen Consortium; PAGE Consortium; ReproGen Consortium; GENIE Consortium; International Endogene Consortium, Heath A. C., Arveiler D., Bakker S. J. L., Beilby J., Bergman R. N., Blangero J., Bovet P., Campbell H., Caulfield M. J., Cesana G., Chakravarti A., Chasman D. I., Chines P. S., Collins F. S., Crawford D. C., Cupples L. A., Cusi D., Danesh J., de Faire U., den Ruijter H. M., Dominiczak A. F., Erbel R., Erdmann J., Eriksson J. G., Farrall M., Felix S. B., Ferrannini E., Ferrières J., Ford I., Forouhi N. G., Forrester T., Franco O. H., Gansevoort R. T., Gejman P. V., Gieger C., Gottesman O., Gudnason V., Gyllensten U., Hall A. S., Harris T. B., Hattersley A. T., Hicks A. A., Hindorff L. A., Hingorani A. D., Hofman A., Homuth G., Hovingh G. K., Humphries S. E., Hunt S. C., Hyppönen E., Illig T., Jacobs K. B., Jarvelin M.-R., Jöckel K.-H., Johansen B., Jousilahti P., Jukema J. W., Jula A. M., Kaprio J., Kastelein J. J. P., Keinanen-Kiukaanniemi S. M., Kiemeney L. A., Knekt P., Kooner J. S., Kooperberg C., Kovacs P., Kraja A. T., Kumari M., Kuusisto J., Lakka T. A., Langenberg C., Marchand L. L., Lehtimäki T., Lyssenko V., Männistö S., Marette A., Matise T. C., McKenzie C. A., McKnight B., Moll F. L., Morris A. D., Morris A. P., Murray J. C., Nelis M., Ohlsson C., Oldehinkel A. J., Ong K. K., Madden P. A. F., Pasterkamp G., Peden J. F., Peters A., Postma D. S., Pramstaller P. P., Price J. F., Qi L., Raitakari O. T., Rankinen T., Rao D. C., Rice T. K., Ridker P. M., Rioux J. D., Ritchie M. D., Rudan I., Salomaa V., Samani N. J., Saramies J., Sarzynski M. A., Schunkert H., Schwarz P. E. H., Sever P., Shuldiner A. R., Sinisalo J., Stolk R. P., Strauch K., Tönjes A., Trégouët D.-A., Tremblay A., Tremoli E., Virtamo J., Vohl M.-C., Völker U., Waeber G., Willemsen G., Witteman J. C., Zillikens M. C., Adair L. S., Amouyel P., Asselbergs F. W., Assimes T. L., Bochud M., Boehm B. O., Boerwinkle E., Bornstein S. R., Bottinger E. P., Bouchard C., Cauchi S., Chambers J. C., Chanock S. J., Cooper R. S., de Bakker P. I. W., Dedoussis G., Ferrucci L., Franks P. W., Froguel P., Groop L. C., Haiman C. A., Hamsten A., Hui J., Hunter D. J., Hveem K., Kaplan R. C., Kivimaki M., Kuh D., Laakso M., Liu Y., Martin N. G., März W., Melbye M., Metspalu A., Moebus S., Munroe P. B., Njølstad I., Oostra B. A., Palmer C. N. A., Pedersen N. L., Perola M., Pérusse L., Peters U., Power C., Quertermous T., Rauramaa R., Rivadeneira F., Saaristo T. E., Saleheen D., Sattar N., Schadt E. E., Schlessinger D., Slagboom P. E., Snieder H., Spector T. D., Thorsteinsdottir U., Stumvoll M., Tuomilehto J., Uitterlinden A. G., Uusitupa M., van der Harst P., Walker M., Wallaschofski H., Wareham N. J., Watkins H., Weir D. R., Wichmann H.-E., Wilson J. F., Zanen P., Borecki I. B., Deloukas P., Fox C. S., Heid I. M., O’Connell J. R., Strachan D. P., Stefansson K., van Duijn C. M., Abecasis G. R., Franke L., Frayling T. M., McCarthy M. I., Visscher P. M., Scherag A., Willer C. J., Boehnke M., Mohlke K. L., Lindgren C. M., Beckmann J. S., Barroso I., North K. E., Ingelsson E., Hirschhorn J. N., Loos R. J. F., Speliotes E. K., Genetic studies of body mass index yield new insights for obesity biology. Nature 518, 197–206 (2015). - PMC - PubMed
-
- Scuteri A., Sanna S., Chen W.-M., Uda M., Albai G., Strait J., Najjar S., Nagaraja R., Orrú M., Usala G., Dei M., Lai S., Maschio A., Busonero F., Mulas A., Ehret G. B., Fink A. A., Weder A. B., Cooper R. S., Galan P., Chakravarti A., Schlessinger D., Cao A., Lakatta E., Abecasis G. R., Genome-wide association scan shows genetic variants in the FTO gene are associated with obesity-related traits. PLOS Genet. 3, e115 (2007). - PMC - PubMed
-
- Claussnitzer M., Dankel S. N., Kim K.-H., Quon G., Meuleman W., Haugen C., Glunk V., Sousa I. S., Beaudry J. L., Puviindran V., Abdennur N. A., Liu J., Svensson P.-A., Hsu Y.-H., Drucker D. J., Mellgren G., Hui C.-C., Hauner H., Kellis M., FTO obesity variant circuitry and adipocyte browning in humans. N. Engl. J. Med. 373, 895–907 (2015). - PMC - PubMed
-
- Ragvin A., Moro E., Fredman D., Navratilova P., Drivenes Ø., Engström P. G., Alonso M. E., de la Calle Mustienes E., Gómez Skarmeta J. L., Tavares M. J., Casares F., Manzanares M., van Heyningen V., Molven A., Njølstad P. R., Argenton F., Lenhard B., Becker T. S., Long-range gene regulation links genomic type 2 diabetes and obesity risk regions to HHEX, SOX4, and IRX3. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 775–780 (2010). - PMC - PubMed
Publication types
MeSH terms
Substances
Grants and funding
LinkOut - more resources
Full Text Sources
Other Literature Sources
Medical
Molecular Biology Databases