Hormoniherkkä lipaasi

Hormoniherkkä lipaasi

Hormoniherkkä lipaasi (Hormone-sensitive Lipase, HSL, tunnetaan myös nimellä LIPE) on neutraali kolesteroliesterihydrolaasi, joka säätelee lipidivarastoja adiposyyteissä ja steroidogeenisissä kudoksissa . Vastauksena hormoniin tai neurotransmitteriin, joka aktivoi cAMP/PKA-signalointireitin, HSL translokoituu lipidipisaroihin . Nykyinen näkemys rasvan lipolyysiä säätelevistä mekanismeista viittaa siihen, että lipidipisaran päällysproteiini PLIN1 toimii telineenä lipolyysiä säädeltäessä . Lepotilassa PLIN1 toimii esteenä varastoitujen lipidien hydrolyysille estämällä adiposyyttitriglyseridilipaasin (ATGL) ja HSL:n, rasvasolujen tärkeimpien lipaasien, pääsyn. PKA:n aktivoituaan sekä PLIN1 että HSL fosforyloituvat, mikä johtaa HSL:n siirtymiseen sytosolista lipidipisaraan. HSL:n fosforylaatio helpottaa sen vuorovaikutusta lipidisubstraattien kanssa, jolloin triglyseridien tai kolesteroliesterien hydrolyysi voi jatkua. HSL:n fosforylaatio tapahtuu useissa kohdissa, kuten Ser-660:ssa, joka stimuloi katalyyttistä aktiivisuutta, ja Ser-563:ssa, jonka uskotaan sulkevan pois HSL:n fosforylaation ei-PKA-kohdassa Ser-565 . Siten hormonaaliset vihjeet, jotka viestittävät varastoitujen rasvahappojen tai kolesterolin vapautumisesta, stimuloivat PKA:ta fosforyloimaan HSL:ää.

Todisteet viittaavat siihen, että HSL on tärkein hormoniherkkä kolesteroliesterihydrolaasi steroidogeenisissä kudoksissa. Perilipiinin päällysproteiinien ja HSL:n esiintyminen munasarjoissa viittaa siihen, että LH voi cAMP/PKA-signalointireitin kautta säädellä perilipiinin ja HSL:n fosforylaatiota kolesteroliesterien hydrolysoimiseksi substraatin tuottamiseksi progesteronisynteesiä varten. HSL-null-hiirillä tehdyt tutkimukset osoittivat, että HSL:n knock-out johti steroidogeneesin vähenemiseen lisämunuaisissa ja esti siittiöiden tuotantoa kiveksissä . Nämä havainnot viittaavat siihen, että HSL osallistuu solunsisäiseen prosessointiin ja kolesterolin saatavuuteen steroidogeneesiä varten. Shen ym. osoittivat, että STAR:n ja HSL:n välillä on vuorovaikutus rotan lisämunuaisessa ACTH-käsittelyn jälkeen ja että HSL:n ja STAR:n yhteisekspressio lisäsi sekä HSL:n aktiivisuutta että mitokondrioiden kolesterolipitoisuutta. Muissa tutkimuksissa on saatu näyttöä HSL:n vuorovaikutuksesta vimentiinin kanssa ja siitä, että vimentiinin nollahiirillä oli pieniä lipidipisaroita ja vähentynyt lisämunuaisen ja munasarjojen steroidituotanto. Zowalatyn ym. tuoreessa tutkimuksessa osoitetaan, että RhoA:n kohdennettu poistaminen disorganisoi vimentiinifilamentteja hiiren keltarauhasessa . Tämä johti keltarauhasen vajaatoimintaan ja hedelmättömyyteen naarashiirillä. Hiiren Leydigin solulinjan cAMP/PKA-signalointireitin aktivointi stimuloi HSL:n fosforylaatiota, joka korreloi STAR:n ja progesteronin lisääntymisen kanssa . Lisäksi hoito HSL:n estäjällä CAY10499 tai HSL:n vaimentaminen kohdennetulla siRNA:lla tukahdutti progesteronisynteesiä. Talbottin ym. tuoreessa raportissa HSL-tasot yhdistetään progesteronin synteesiin naudan keltarauhasessa. Kyseisessä tutkimuksessa prostaglandiini F2α -hoito keltarauhasen regression aikaansaamiseksi johti HSL:n ja progesteronin nopeaan vähenemiseen ennen steroidogeenisen koneiston muiden komponenttien ilmentymisen vähenemistä. Naudan keltarauhassoluilla in vitro tehdyt tutkimukset osoittivat, että LH fosforyloi HSL:n nopeasti cAMP/PKA-reitin kautta, ja HSL:n estäjä CAY10499 esti tehokkaasti LH:n stimuloivan vaikutuksen progesteronin synteesiin (Talbott, Krauss, Davis, julkaisematon). Kaiken kaikkiaan todisteet viittaavat siihen, että HSL:llä on tärkeä rooli luteaalisessa steroidogeneesissä, mutta tarvitaan lisätutkimuksia niiden mekanismien selvittämiseksi, joilla kolesteroliestereitä vapautuu luteaalisista lipidipisaroista.

Sytoplasmallisten lipidipisaroiden tunnistaminen tärkeiksi alustoiksi solujen signaloinnille ja vuorovaikutukselle muiden organellien kanssa on ajanut tutkijoita tunnistamaan lipidipisaroiden proteiini- ja lipidikoostumusta. Lipidipisaroiden päällysproteiinien PLIN-perhe voi vaikuttaa lipidipisaroihin varastoitujen lipidien tyyppiin ja metaboliseen aktiivisuuteen . Apinan, hiiren ja naudan munasarjat ilmentävät PLIN2:ta, joka liittyy kolesteroliesterin varastointiin. Lipidipisaroiden proteiinikoostumusta on luonnehdittu vaihtelevasti muutamissa nisäkkäiden kudoksissa tai solulinjoissa ja 3T3-L1-rasvasoluissa , rotan maksa- ja hiiren lihaskudoksessa sekä ihmisen solulinjoissa ]. Suoraa tietoa keltarauhasen lipidipisaroiden proteiinikoostumuksesta ja hormonien tai aineenvaihdunnan muutosten vaikutuksista lipidipisaroiden ominaisuuksiin ei ole. Khor et al. vertasivat rotan granuloosasoluista peräisin olevien lipidipisaroiden proteomia, joita käsiteltiin in vitro joko suuritiheyksisillä lipoproteiineilla tai rasvahapoilla sytoplasman lipidipisaroiden rikastamiseksi kolesteroliestereillä tai vastaavasti triasyyliglyseroleilla. Tässä tutkimuksessa 278 proteiinia, mukaan lukien PLIN2, oli yhteistä kummastakin käsittelystä valmistetuille lipidipisaroille, ja samankaltaisia raportteja lipidipisaroiden proteomeista oli myös muissa tutkimuksissa. He tunnistivat myös 61 ja 40 proteiinia, jotka ovat ainutlaatuisia kolesteroliesteririkkaille tai triasyyliglyserolirikkaille lipidipisaroille. Erityisesti kolesteroliesteririkkaissa lipidipisaroissa he tunnistivat HSD3B1:n, vimentiinin ja jännitteestä riippuvaisen anionikanavan (VDAC1), joilla kaikilla on raportoitu olevan rooli steroidogeneesissä. Hiiren Leydigin kasvainsolulinjasta MLTC-1 ja hiiren kiveksistä eristettyjen lipidipisaroiden proteomianalyysi paljasti myös PLIN-perheen proteiineja ja steroidihormonien synteesiin osallistuvia entsyymejä. Tutkimuksissamme havaittiin, että keskikierron puolivälissä täysin toimintakykyisistä naudan kivespussista eristetyt lipidipisarat sisälsivät PLIN2- ja PLIN3-kuoriproteiineja, HSL:ää ja HSD3B:tä, CYP11A1:tä ja VDAC1:tä (Talbott, Cupp, Wood ja Davis, julkaisematon). Yhdessä nämä tutkimukset osoittavat, että keltarauhasen lipidipisarat voivat toimia hormonaalisesti säädeltynä alustana, joka on välttämätön gonadin steroidogeneesille. Luteaalisten lipidipisaroiden lipidi- ja proteiinikoostumuksen ja niiden vasteen luteotrofisille tai luteolyyttisille hormoneille kattava analyysi on tarpeen, jotta ymmärretään täysin dynamiikka, joka ympäröi kolesterolin liikkumista lipidipisarasta mitokondrioihin.

Nautojen ja lampaiden corpora luteassa on kaksi erilaista steroidogeenistä solua, joilla on erilaiset kyvyt tuottaa progesteronia . Pienet keltarauhassolut reagoivat LH:hon suurella progesteronin erityksen lisääntymisellä, ja suurilla keltarauhassoluilla on kohonnut progesteronin erityksen perusnopeus ja ne reagoivat LH:hon vaatimattomalla lisääntymisellä. Naisten, apinoiden, lampaiden ja jyrsijöiden keltarauhaskudoksessa on myös suuria ja pieniä keltarauhassoluja, jotka reagoivat vaihtelevasti LH:hon. Naudan ja lampaan luteasolutyypeillä on erilainen lipidipisaroiden morfologia, kuten neutraalien lipidien BODIPY-värjäys osoittaa. Pienissä luteaalisoluissa on keskimäärin suurempia lipidipisaroita ja suurissa soluissa runsaasti hajallaan olevia pieniä lipidipisaroita. Näitä eroja aiheuttavia tekijöitä ei tunneta, mutta raportoitu suuri PKA:n perusaktiivisuus suurissa keltarauhassoluissa saattaa aiheuttaa HSL:n tonaalisen aktivaation, joka johtaa pienempiin ja hajanaisempiin lipidipisaroihin.

Koska suurten ja pienten keltarauhassolujen kyvyssä tuottaa progesteronia perus- ja stimuloiduissa olosuhteissa on huomattavia eroja, vaikuttaa todennäköiseltä, että suurten ja pienten keltarauhassolujen energiankäsittelyn tarpeet eroavat toisistaan perus- ja stimuloidun steroidogeneesin aikana. Kolesteroliesterien hydrolyysi vapauttaa sekä kolesterolia että rasvahappoja. Rasvahapot joko esteröidään uudelleen ja varastoidaan lipidipisaroihin tai kalvoihin tai käytetään β-oksidaatioon, joka tuottaa pelkistäviä ekvivalentteja ja asetyyli-CoA:ta sitruunahappokiertoa varten. Mitokondriot kuluttavat rasvahappoja β-oksidaation avulla tuottaakseen asetyyli-CoA:ta sekä NADH:ta ja FADH2:ta käytettäväksi elektroninsiirtoketjussa ATP:n tuottamiseksi. Vaikka steroidogeeniset kudokset käyttävät glykolyysiä steroidogeneesin tukemiseen, näyttää todennäköiseltä, että keltarauhassolujen suurten progesteronimäärien tuotanto saattaa edellyttää rasvahappojen β-oksidaatiota, jotta saadaan optimaaliseen steroidogeneesiin tarvittava energia perusolosuhteissa, mutta tätä on vielä arvioitava kriittisesti. Viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että rasvahapoilla on tärkeä rooli kumuluksen munasolukompleksin aineenvaihdunnassa ja munasolujen kypsymisessä . Näissä tutkimuksissa havaittiin, että l-karnitiinin lisääminen β-oksidaation edistämiseksi paransi alkion kehitystä ja että rasvahappojen β-oksidaation farmakologinen estäminen etomoksiirilla heikensi munasolujen kypsymistä ja alkion kehitystä. Entsyymi karnitiinipalmitoyylitransferaasi 1A (CPT1A) vastaa rasvahappojen ottamisesta mitokondrioihin β-oksidaatiota varten. Nautaa koskevan raportin mukaan CPT1A:n mRNA-ekspressio suurissa luteaalisoluissa on 5,6-kertainen granuloosasoluihin verrattuna, kun taas theca- ja pienten luteaalisolujen välillä ei havaittu eroa ekspressiossa. Nämä tiedot tukevat ajatusta siitä, että β-oksidaatiolla voi olla tärkeä rooli suurten keltarauhassolujen aineenvaihdunnan säätelyssä. Rasvahappojen tukeman hengityksen osuus naudan suurissa ja pienissä keltarauhassoluissa on vielä määritettävä kokeellisesti. Esteröimättömien rasvahappojen ylitarjonta voi niiden perustavanlaatuisesta fysiologisesta merkityksestä huolimatta olla haitallista solujen toiminnalle . Kun otetaan huomioon voimakas kiinnostus patologioihin, jotka johtavat lipidien kertymiseen, ja olosuhteisiin (eli liikalihavuuteen, diabetekseen, metaboliseen oireyhtymään), jotka nostavat vapaita rasvahappoja ja muuttavat aineenvaihduntaa, sen ymmärtäminen, miten lipidipisaroita, glykolyysiä ja β-oksidaatiota säädellään keltarauhasessa, voi antaa vihjeitä niiden rooleista steroidogeneesissä ja johtolankoja, joiden avulla voidaan parantaa munasarjojen toimintaa, hoitaa munasarjojen toimintahäiriöitä ja parantaa hedelmällisyyttä.