Hormone Sensitive Lipase

Hormone-Sensitive Lipase

Hormone-sensitive lipase (HSL, noto anche come LIPE) è un colesterolo neutro estere idrolasi che regola i negozi di lipidi negli adipociti e tessuti steroidogenici . In risposta a un ormone o neurotrasmettitore che attiva la via di segnalazione cAMP/PKA, HSL si trasferisce alla goccia lipidica. Una visione corrente dei meccanismi che regolano la lipolisi nell’adipe suggerisce che la proteina di rivestimento della goccia lipidica PLIN1 funziona come un’impalcatura nella regolazione della lipolisi. In condizioni di riposo, PLIN1 agisce come una barriera all’idrolisi dei lipidi immagazzinati impedendo l’accesso della lipasi dei trigliceridi degli adipociti (ATGL) e della HSL, le principali lipasi nelle cellule adipose. In seguito all’attivazione di PKA, sia PLIN1 che HSL sono fosforilati, portando alla traslocazione di HSL dal compartimento citosolico alla goccia lipidica. La fosforilazione di HSL facilita la sua interazione con i substrati lipidici permettendo l’idrolisi dei trigliceridi o degli esteri di colesterolo. La fosforilazione di HSL avviene su più siti, tra cui Ser-660, che stimola l’attività catalitica e Ser-563, che si ritiene sia mutuamente esclusiva con la fosforilazione di HSL al sito non-PKA Ser-565 . Così, gli spunti ormonali che segnalano il rilascio di acidi grassi immagazzinati o di colesterolo stimolano PKA a fosforilare HSL.

Le prove indicano che HSL è la principale idrolasi dell’estere del colesterolo sensibile agli ormoni nei tessuti steroidogenici. La presenza di proteine di rivestimento perilipin e HSL nell’ovaio suggerisce che LH attraverso una via di segnalazione cAMP/PKA può regolare la fosforilazione di perilipin e HSL per idrolizzare gli esteri di colesterolo e produrre substrato per la sintesi del progesterone. Studi con topi HSL-null hanno rivelato che il knock-out di HSL ha portato ad una diminuzione della steroidogenesi nelle surrenali e ha inibito la produzione di sperma nel testicolo. Questi risultati suggeriscono che HSL è coinvolto nell’elaborazione intracellulare e nella disponibilità di colesterolo per la steroidogenesi. Shen et al. hanno dimostrato un’interazione tra STAR e HSL nel surrene del ratto dopo il trattamento con ACTH e che la coespressione di HSL e STAR ha aumentato sia l’attività HSL che il contenuto di colesterolo mitocondriale. Altri studi forniscono la prova di un’interazione di HSL con il filamento intermedio vimentina e che i topi vimentin null hanno piccole gocce lipidiche e una ridotta produzione di steroidi surrenali e ovarici. Un recente studio di Zowalaty et al. mostra che la delezione mirata di RhoA ha disorganizzato i filamenti di vimentina nel corpo luteo del topo. Questo ha portato a insufficienza luteale e infertilità nei topi femmina. L’attivazione di una linea di cellule Leydig di topo della via di segnalazione cAMP/PKA ha stimolato la fosforilazione di HSL, che era correlata ad un aumento di STAR e progesterone. Inoltre, il trattamento con un inibitore di HSL CAY10499 o il silenziamento di HSL con siRNA mirato ha soppresso la sintesi di progesterone. Un recente rapporto di Talbott et al. collega i livelli di HSL alla sintesi di progesterone nel corpo luteo bovino. In quello studio, il trattamento con prostaglandina F2α per indurre la regressione luteale ha provocato una rapida diminuzione di HSL e progesterone prima delle riduzioni dell’espressione di altri componenti del macchinario steroidogenico. Studi utilizzando cellule luteali bovine in vitro hanno dimostrato che l’LH attraverso un percorso cAMP/PKA ha rapidamente fosforilato HSL e l’inibitore HSL CAY10499 ha efficacemente bloccato le azioni stimolatorie dell’LH sulla sintesi del progesterone (Talbott, Krauss, Davis, non pubblicato). Nel complesso, l’evidenza indica un ruolo importante per HSL nella steroidogenesi luteale, ma sono necessarie ulteriori ricerche per determinare i meccanismi con cui gli esteri di colesterolo vengono rilasciati dalle goccioline lipidiche luteali.

L’identificazione delle goccioline lipidiche citoplasmatiche come piattaforme importanti per la segnalazione cellulare e le interazioni con altri organelli ha spinto i ricercatori a identificare la composizione proteica e lipidica delle goccioline lipidiche. La famiglia PLIN delle proteine di rivestimento delle gocce lipidiche può influenzare il tipo di lipidi immagazzinati nelle gocce lipidiche e l’attività metabolica. Le ovaie della scimmia, del topo e del bovino esprimono PLIN2, che è associato allo stoccaggio del colesterolo estere. La composizione proteica delle goccioline lipidiche è stata caratterizzata in varia misura in alcuni tessuti di mammiferi o linee cellulari e negli adipociti 3T3-L1, nel fegato di ratto e nel tessuto muscolare di topo e nelle linee cellulari umane.] Mancano informazioni dirette sulla composizione proteica delle gocce lipidiche del corpo luteo e sugli effetti degli ormoni o delle alterazioni metaboliche sulle proprietà delle gocce lipidiche. Khor et al. hanno confrontato il proteoma delle goccioline lipidiche delle cellule della granulosa di ratto trattate in vitro con lipoproteine ad alta densità o acidi grassi per arricchire le goccioline lipidiche citoplasmatiche di esteri di colesterolo o triacilgliceroli, rispettivamente. In questo studio, 278 proteine, tra cui PLIN2, erano comuni alle goccioline lipidiche preparate da entrambi i trattamenti e c’erano anche altri rapporti simili sui proteomi delle goccioline lipidiche. Hanno anche identificato 61 e 40 proteine uniche alle goccioline lipidiche ricche di estere di colesterolo o di triacilglicerolo. In particolare, nelle gocce lipidiche ricche di estere di colesterolo hanno identificato HSD3B1, vimentina e il canale degli anioni voltaggio-dipendenti (VDAC1), ognuno dei quali è segnalato per avere un ruolo nella steroidogenesi. L’analisi proteomica delle goccioline lipidiche isolate dalla linea cellulare del tumore di Leydig del topo MLTC-1 e dai testicoli del topo ha anche rivelato la presenza di proteine della famiglia PLIN e di enzimi coinvolti nella sintesi degli ormoni steroidei. Nei nostri studi, le goccioline lipidiche isolate dai corpora lutea bovini a metà ciclo completamente funzionali sono state trovate a contenere le proteine di rivestimento PLIN2 e PLIN3, HSL e HSD3B, CYP11A1 e VDAC1 (Talbott, Cupp, Wood e Davis, non pubblicati). Collettivamente, questi studi indicano che le goccioline lipidiche luteali possono servire come una piattaforma regolata ormonalmente che è essenziale per la steroidogenesi gonadica. Un’analisi completa della composizione lipidica e proteica delle goccioline lipidiche luteali e la loro risposta agli ormoni luteotrofici o luteolitici è necessaria per comprendere appieno le dinamiche che circondano il movimento del colesterolo dalla gocciolina lipidica ai mitocondri.

I corpora lutea bovini e ovini hanno due distinte cellule steroidogeniche con diverse capacità di produrre progesterone. Le piccole cellule luteali rispondono all’LH con grandi aumenti nella secrezione di progesterone, mentre le grandi cellule luteali hanno un elevato tasso basale di secrezione di progesterone e rispondono all’LH con un aumento modesto. Il tessuto luteale nelle donne, nelle scimmie, nelle pecore e nei roditori possiede anche cellule luteali grandi e piccole con una risposta variabile all’LH. I tipi di cellule della lutea bovina e ovina hanno una diversa morfologia delle gocce lipidiche, come indicato dalla colorazione BODIPY dei lipidi neutri. In media, le piccole cellule luteali hanno gocce lipidiche più grandi e le grandi cellule hanno abbondanti e disperse piccole gocce lipidiche. I fattori che contribuiscono a queste differenze sono sconosciuti, ma l’elevato livello basale di attività PKA riportato nelle cellule luteali grandi può fornire un’attivazione tonica di HSL con conseguente goccioline lipidiche più piccole e disperse.

Sulla base della marcata differenza nella capacità delle cellule luteali grandi e piccole di produrre progesterone in condizioni basali e stimolate, sembra probabile che le cellule luteali grandi e piccole abbiano diversi requisiti di elaborazione energetica durante la steroidogenesi basale e stimolata. L’idrolisi degli esteri del colesterolo libera sia colesterolo che acidi grassi. Gli acidi grassi sono riesterificati e immagazzinati nelle goccioline lipidiche o nelle membrane o utilizzati per la β-ossidazione che produce equivalenti riducenti e acetil-CoA per il ciclo dell’acido citrico. Gli acidi grassi sono consumati dai mitocondri attraverso la β-ossidazione per produrre acetil-CoA e NADH e FADH2 da utilizzare nella catena di trasporto degli elettroni per produrre ATP. Anche se i tessuti steroidogenici usano la glicolisi per sostenere la steroidogenesi, sembra probabile che la produzione di grandi quantità di progesterone da parte delle cellule luteali possa richiedere la β-ossidazione degli acidi grassi per fornire l’energia necessaria per una steroidogenesi ottimale in condizioni basali, ma questo rimane da valutare criticamente. Studi recenti indicano che gli acidi grassi svolgono un ruolo importante nel metabolismo del complesso ovocitario del cumulo e nella maturazione dell’ovocita. Questi studi hanno scoperto che l’aggiunta di l-carnitina per promuovere la β-ossidazione ha migliorato lo sviluppo embrionale e che l’inibizione farmacologica della β-ossidazione degli acidi grassi con etomoxir ha compromesso la maturazione degli ovociti e lo sviluppo embrionale. L’enzima carnitina palmitoiltransferasi 1A (CPT1A) è responsabile dell’assorbimento degli acidi grassi nei mitocondri per la β-ossidazione. Un rapporto nel bovino indica che l’espressione dell’mRNA di CPT1A nelle grandi cellule luteali è 5,6 volte maggiore che nelle cellule della granulosa, mentre nessuna differenza di espressione è stata osservata tra le cellule theca e le piccole cellule luteali. Questi dati supportano l’idea che la β-ossidazione può svolgere un ruolo importante nella regolazione metabolica delle grandi cellule luteali. La proporzione della respirazione che è sostenuta dagli acidi grassi nelle cellule luteali grandi e piccole bovine deve ancora essere determinata sperimentalmente. Nonostante la loro fondamentale importanza fisiologica, un eccesso di acidi grassi non esterificati può essere dannoso per la funzione cellulare. Dato l’intenso interesse per le patologie che si traducono in accumulo di lipidi e le condizioni (ad esempio, l’obesità, il diabete, la sindrome metabolica) che elevano gli acidi grassi liberi e alterano il metabolismo, la comprensione di come le gocce lipidiche, la glicolisi e la β-ossidazione sono regolati nel corpo luteo può fornire indizi sui loro ruoli nella steroidogenesi e indizi per migliorare la funzione ovarica, trattare i disturbi ovarici e migliorare la fertilità.