Hormoongevoelig lipase

Hormoongevoelig lipase

Hormoongevoelig lipase (HSL, ook bekend als LIPE) is een neutraal cholesterolesterol ester hydrolase dat de lipidenvoorraden in adipocyten en steroidogene weefsels regelt . Als reactie op een hormoon of neurotransmitter die de cAMP/PKA signaleringsroute activeert, verplaatst HSL zich naar de lipide druppel. Een huidige visie op de mechanismen die de lipolyse in vetweefsel reguleren, suggereert dat het eiwit PLIN1 in de mantel van de lipidedruppel fungeert als een scaffold in de regulering van lipolyse. In rusttoestand fungeert PLIN1 als een barrière voor de hydrolyse van opgeslagen lipiden door de toegang te verhinderen van adipocyte triglyceride lipase (ATGL) en HSL, de belangrijkste lipasen in vetcellen. Na activering van PKA worden zowel PLIN1 als HSL gefosforyleerd, wat leidt tot translocatie van HSL van het cytosolcompartiment naar de lipidedruppel. De fosforylering van HSL vergemakkelijkt zijn interactie met lipidesubstraten, waardoor triglyceride- of cholesterolhydrolyse kan plaatsvinden. De fosforylering van HSL gebeurt op verschillende plaatsen, waaronder Ser-660, dat de katalytische activiteit stimuleert, en Ser-563, waarvan wordt aangenomen dat het wederzijds exclusief is met de fosforylering van HSL op de niet-PKA plaats Ser-565. Aldus stimuleren hormonale signalen die het vrijkomen van opgeslagen vetzuren of cholesterol signaleren PKA om HSL te fosforyleren.

Er zijn aanwijzingen dat HSL het belangrijkste hormoongevoelige cholesterolesterol hydrolase is in steroidogene weefsels. De aanwezigheid van perilipine manteleiwitten en HSL in de eierstok suggereert dat LH via een cAMP/PKA signaalweg de fosforylering van perilipine en HSL kan reguleren om cholesterol esters te hydrolyseren om substraat voor progesteron synthese te produceren. Studies met HSL-nul muizen toonden aan dat het uitschakelen van HSL resulteerde in verminderde steroidogenese in de bijnieren en een geremde spermaproductie in de testis. Deze bevindingen suggereren dat HSL betrokken is bij de intracellulaire verwerking en beschikbaarheid van cholesterol voor steroidogenese. Shen et al. toonden een interactie aan tussen STAR en HSL in de bijnier van de rat na behandeling met ACTH en dat co-expressie van HSL en STAR zowel de HSL-activiteit als het mitochondriale cholesterolgehalte verhoogde. Andere studies leveren bewijs voor een interactie van HSL met het tussenliggende filament vimentine en dat muizen zonder vimentine kleine lipidedruppels hadden en een verminderde productie van bijnier- en ovariële steroïden. Een recente studie van Zowalaty et al. toont aan dat gerichte deletie van RhoA de vimentine filamenten in het corpus luteum van de muis ontregelde. Dit resulteerde in luteale insufficiëntie en onvruchtbaarheid bij vrouwelijke muizen. Een muis Leydig cellijn activering van de cAMP/PKA signaalweg stimuleerde de fosforylering van HSL, die gecorreleerd was met een toename van STAR en progesteron . Bovendien onderdrukte behandeling met een remmer van HSL CAY10499 of het uitschakelen van HSL met gerichte siRNA de progesteronsynthese. Een recent rapport van Talbott et al. legt een verband tussen HSL niveaus en progesteron synthese in het corpus luteum van runderen. In die studie resulteerde behandeling met prostaglandine F2α om luteale regressie te induceren in een snelle afname van HSL en progesteron, voorafgaand aan reducties in de expressie van andere componenten van de steroidogene machinerie. Studies met runderluteale cellen in vitro toonden aan dat LH via een cAMP/PKA-route HSL snel fosforyleerde en dat de HSL-remmer CAY10499 de stimulerende werking van LH op de progesteronsynthese effectief blokkeerde (Talbott, Krauss, Davis, ongepubliceerd). Alles bij elkaar wijst het bewijs op een belangrijke rol voor HSL in de luteale steroidogenese, maar meer onderzoek is nodig om de mechanismen te bepalen waarmee cholesterolesters vrijkomen uit luteale lipidedruppels.

De identificatie van cytoplasmatische lipidedruppels als belangrijke platforms voor celsignalering en interacties met andere organellen heeft onderzoekers ertoe aangezet de eiwit- en lipidensamenstelling van de lipidedruppels te identificeren. De PLIN familie van lipide druppel manteleiwitten kan het type lipiden opgeslagen in lipide druppels en metabole activiteit beïnvloeden. Eierstokken van apen, muizen en runderen brengen PLIN2 tot expressie, dat geassocieerd is met de opslag van cholesterolesterol. De eiwitsamenstelling van lipidedruppels is in verschillende mate gekarakteriseerd in enkele zoogdierweefsels of cellijnen en 3T3-L1 adipocyten, rattenlever- en muizenspierweefsel, en menselijke cellijnen ]. Directe informatie over de eiwitsamenstelling van corpus luteum lipidedruppels en de effecten van hormonen of metabole veranderingen op lipidedruppel eigenschappen ontbreekt. Khor et al. vergeleken het proteoom van lipide druppels van rat granulosa cellen in vitro behandeld met ofwel hoge dichtheid lipoproteïnen of vetzuren om cytoplasmatische lipide druppels te verrijken voor cholesterol esters of triacylglycerolen, respectievelijk. In deze studie kwamen 278 eiwitten, waaronder PLIN2, voor in de lipidedruppels die met een van beide behandelingen waren bereid, en er waren ook soortgelijke andere rapporten over proteomen in lipidedruppels. Zij identificeerden ook 61 en 40 eiwitten die uniek waren voor de cholesterol-esterrijke of triacylglycerol-rijke lipidedruppels. In het bijzonder identificeerden zij in de cholesterol-rijke lipidendruppels HSD3B1, vimentine en het spanningsafhankelijke anionkanaal (VDAC1), die elk een rol zouden spelen in de steroïdogenese. Proteomische analyse van lipide druppels geïsoleerd uit de muis Leydig tumor cellijn MLTC-1 , en de muis testes ook de aanwezigheid van PLIN familie eiwitten en enzymen die betrokken zijn bij de synthese van steroïde hormonen onthuld. In onze studies bleken lipidedruppels, geïsoleerd uit volledig functionele boviene corpora lutea halverwege de cyclus, PLIN2- en PLIN3-mantelproteïnen, HSL en HSD3B, CYP11A1 en VDAC1 te bevatten (Talbott, Cupp, Wood en Davis, ongepubliceerd). Al deze studies wijzen erop dat luteale lipidedruppels een hormonaal gereguleerd platform vormen dat essentieel is voor de gonadale steroidogenese. Uitgebreide analyse van de lipide en eiwit samenstelling van luteale lipide druppels en hun reactie op luteotrofe of luteolytische hormonen is nodig volledig inzicht in de dynamiek rond de beweging van cholesterol uit de lipide druppel naar de mitochondriën.

Rund en schaap corpora lutea hebben twee verschillende steroidogene cellen met verschillende mogelijkheden om progesteron te produceren. De kleine luteale cellen reageren op LH met grote toenames in progesteronafscheiding, en de grote luteale cellen hebben een verhoogde basale snelheid van progesteronafscheiding en reageren op LH met een bescheiden toename. Het luteale weefsel van vrouwen, apen, schapen en knaagdieren bevat ook grote en kleine luteale cellen met een variabele reactie op LH. De luteale celtypes van runderen en schapen hebben een verschillende morfologie van de lipidedruppels, zoals blijkt uit de BODIPY-kleuring van neutrale lipiden. Gemiddeld hebben de kleine luteale cellen grotere lipidedruppels en de grote cellen overvloedige, verspreide kleine lipidedruppels. De factoren die bijdragen aan deze verschillen zijn onbekend, maar het gerapporteerde hoge basale niveau van PKA-activiteit in grote luteale cellen kan zorgen voor een tonische activering van HSL wat resulteert in kleinere en verspreide lipidedruppels.

Gebaseerd op het uitgesproken verschil in het vermogen van grote en kleine luteale cellen om progesteron te produceren onder basale en gestimuleerde omstandigheden, lijkt het waarschijnlijk dat grote en kleine luteale cellen verschillende energieverwerkingsvereisten hebben tijdens basale en gestimuleerde steroïdogenese. Bij de hydrolyse van cholesterolesters komen zowel cholesterol als vetzuren vrij. De vetzuren worden ofwel opnieuw veresterd en opgeslagen in lipidedruppels of membranen, ofwel gebruikt voor β-oxidatie waarbij reducerende equivalenten en acetyl-CoA voor de citroenzuurcyclus worden geproduceerd. Vetzuren worden door mitochondriën via β-oxidatie verbruikt om acetyl-CoA en NADH en FADH2 te produceren voor gebruik in de elektronentransportketen om ATP te produceren . Hoewel steroidogene weefsels glycolyse gebruiken om steroidogenese te ondersteunen, lijkt het waarschijnlijk dat de productie van grote hoeveelheden progesteron door luteale cellen β-oxidatie van vetzuren vereist om de energie te leveren die nodig is voor optimale steroidogenese onder basale omstandigheden, maar dit moet nog kritisch worden geëvalueerd. Recente studies wijzen erop dat vetzuren een belangrijke rol spelen in het metabolisme van het cumulus-ocytcomplex en de rijping van de eicel. Uit deze studies bleek dat toevoeging van l-carnitine om de β-oxidatie te bevorderen de ontwikkeling van het embryo verbeterde en dat farmacologische remming van vetzuur β-oxidatie met etomoxir de rijping van de eicel en de ontwikkeling van het embryo verminderde. Het enzym carnitinepalmitoyltransferase 1A (CPT1A) is verantwoordelijk voor de opname van vetzuren in de mitochondria voor β-oxidatie. Uit een verslag over runderen blijkt dat de expressie van CPT1A-mRNA in grote luteale cellen 5,6 maal hoger is dan in granulosa-cellen, terwijl geen verschil in expressie werd waargenomen tussen theca- en kleine luteale cellen. Deze gegevens ondersteunen het idee dat β-oxidatie een belangrijke rol kan spelen in de metabole regulatie van grote luteale cellen. Het aandeel van vetzuren in de ademhaling van de grote en kleine luteale cellen van runderen moet nog experimenteel worden vastgesteld. Ondanks hun fundamenteel fysiologisch belang, kan een overaanbod aan niet-veresterde vetzuren schadelijk zijn voor de cellulaire functie. Gezien de grote belangstelling voor pathologieën die resulteren in vetophoping en aandoeningen (zoals obesitas, diabetes, metabool syndroom) die vrije vetzuren verhogen en het metabolisme veranderen, kan het begrijpen van hoe lipidedruppels, glycolyse en β-oxidatie worden geregeld in het corpus luteum aanwijzingen geven over hun rol in steroïdogenese en aanwijzingen voor het verbeteren van de eierstokfunctie, het behandelen van eierstokaandoeningen, en het verbeteren van de vruchtbaarheid.