Hormone Sensitive Lipase

Hormone-Sensitive Lipase

Hormone-sensitive lipase (HSL, znana również jako LIPE) jest neutralną hydrolazą estrów cholesterolu, która reguluje zapasy lipidów w adipocytach i tkankach steroidogennych. W odpowiedzi na hormon lub neurotransmiter, który aktywuje szlak sygnałowy cAMP/PKA, HSL ulega translokacji do kropli lipidowych. Obecny pogląd na mechanizmy regulujące lipolizę w tkance tłuszczowej sugeruje, że białko płaszcza kropli lipidowej PLIN1 funkcjonuje jako rusztowanie w regulacji lipolizy. W warunkach spoczynku PLIN1 działa jako bariera dla hydrolizy zmagazynowanych lipidów, zapobiegając dostępowi lipazy triglicerydowej adipocytów (ATGL) i HSL, głównych lipaz w komórkach tłuszczowych. Po aktywacji PKA, zarówno PLIN1 jak i HSL ulegają fosforylacji, co prowadzi do translokacji HSL z przedziału cytozolowego do kropli lipidowych. Fosforylacja HSL ułatwia jej interakcję z substratami lipidowymi, umożliwiając hydrolizę triglicerydów i estrów cholesterolu. Fosforylacja HSL występuje w wielu miejscach, w tym Ser-660, który stymuluje aktywność katalityczną i Ser-563, który jest uważany za wzajemnie wykluczający się z fosforylacją HSL w miejscu nie-PKA Ser-565 . Tak więc, hormonalne wskazówki, które sygnalizują uwolnienie przechowywanych kwasów tłuszczowych lub cholesterolu stymulują PKA do fosforylacji HSL.

Dowody wskazują, że HSL jest główną wrażliwą na hormony hydrolazą estrów cholesterolu w tkankach steroidogennych. Obecność białek płaszcza perilipiny i HSL w jajniku sugeruje, że LH poprzez szlak sygnałowy cAMP/PKA może regulować fosforylację perilipiny i HSL w celu hydrolizy estrów cholesterolu, aby wytworzyć substrat do syntezy progesteronu. Badania z myszami HSL-null wykazały, że knock-out HSL spowodował zmniejszenie steroidogenezy w nadnerczach i zahamowanie produkcji plemników w jądrze. Wyniki te sugerują, że HSL jest zaangażowana w wewnątrzkomórkowe przetwarzanie i dostępność cholesterolu dla steroidogenezy. Shen i wsp. wykazali interakcję między STAR i HSL w nadnerczu szczura po leczeniu ACTH i że koekspresja HSL i STAR zwiększyła zarówno aktywność HSL, jak i zawartość cholesterolu w mitochondrium. Inne badania dostarczają dowodów na interakcję HSL z filamentem pośrednim wimentyny i że myszy null wimentyny miały małe kropelki lipidowe i zmniejszoną produkcję steroidów w nadnerczach i jajnikach. Ostatnie badanie przeprowadzone przez Zowalaty i wsp. pokazuje, że celowa delecja RhoA zdezorganizowała filamenty wimentyny w ciałku żółtym myszy. Spowodowało to niewydolność lutealną i niepłodność u samic myszy. Aktywacja szlaku sygnałowego cAMP/PKA w linii komórek Leydiga myszy stymulowała fosforylację HSL, co było skorelowane ze wzrostem STAR i progesteronu. Ponadto, leczenie inhibitorem HSL CAY10499 lub wyciszanie HSL za pomocą ukierunkowanego siRNA hamowało syntezę progesteronu. Ostatnie doniesienie Talbotta i wsp. łączy poziomy HSL z syntezą progesteronu w bydlęcym ciałku żółtym. W tym badaniu, leczenie prostaglandyną F2α w celu wywołania regresji lutealnej spowodowało szybki spadek HSL i progesteronu przed redukcją ekspresji innych komponentów maszynerii steroidogennej. Badania z użyciem bydlęcych komórek lutealnych in vitro wykazały, że LH poprzez szlak cAMP/PKA szybko fosforyluje HSL, a inhibitor HSL CAY10499 skutecznie blokuje stymulujące działanie LH na syntezę progesteronu (Talbott, Krauss, Davis, niepublikowane). Łącznie, dowody wskazują na ważną rolę HSL w steroidogenezie lutealnej, ale potrzeba więcej badań, aby określić mechanizmy, dzięki którym estry cholesterolu są uwalniane z kropli lipidowych lutealnych.

Identyfikacja cytoplazmatycznych kropli lipidowych jako ważnych platform dla sygnalizacji komórkowej i interakcji z innymi organellami popchnęła badaczy do identyfikacji składu białkowego i lipidowego kropli lipidowych. Rodzina PLIN białek płaszcza kropel lipidowych może wpływać na rodzaj lipidów przechowywanych w kropelkach lipidowych i aktywność metaboliczną. Jajniki małpy, myszy i bydła wykazują ekspresję PLIN2, która jest związana z magazynowaniem estrów cholesterolu. Skład białkowy kropli lipidowych został scharakteryzowany w różnym stopniu w kilku tkankach ssaków lub liniach komórkowych i adipocytach 3T3-L1 , wątrobie szczura i tkance mięśniowej myszy oraz ludzkich liniach komórkowych ]. Brakuje bezpośrednich informacji na temat składu białkowego kropli lipidowych ciałka żółtego oraz wpływu hormonów lub zmian metabolicznych na właściwości kropli lipidowych. Khor i wsp. porównali proteom kropli lipidowych pochodzących z komórek ziarnistych szczura, którym in vitro podawano albo lipoproteiny o dużej gęstości albo kwasy tłuszczowe w celu wzbogacenia cytoplazmatycznych kropli lipidowych odpowiednio w estry cholesterolu lub triacyloglicerole. W tym badaniu 278 białek, w tym PLIN2, było wspólnych dla kropli lipidowych przygotowanych z obu metod leczenia, a także podobne inne doniesienia na temat proteomów kropli lipidowych. Zidentyfikowano również 61 i 40 białek unikalnych dla kropli lipidowych bogatych w estry cholesterolu lub triacyloglicerole. W szczególności, w kropelkach bogatych w estry cholesterolu zidentyfikowali HSD3B1, wimentyny i kanał anionowy zależny od napięcia (VDAC1), z których każdy odgrywa rolę w steroidogenezie. Analiza proteomiczna kropli lipidowych izolowanych z mysiej linii komórek nowotworowych Leydiga MLTC-1 oraz z jąder myszy wykazała również obecność białek z rodziny PLIN oraz enzymów biorących udział w syntezie hormonów steroidowych. W naszych badaniach, w kropelkach lipidowych wyizolowanych z w pełni funkcjonalnych ciałek żółtych bydła w połowie cyklu stwierdzono obecność białek płaszcza PLIN2 i PLIN3, HSL i HSD3B, CYP11A1 i VDAC1 (Talbott, Cupp, Wood i Davis, niepublikowane). Łącznie, badania te wskazują, że kropelki lipidowe lutealne mogą służyć jako hormonalnie regulowana platforma, która jest niezbędna dla steroidogenezy gonadalnej. Kompleksowa analiza składu lipidów i białek kropli lipidowych lutealnych i ich odpowiedzi na hormony luteotropowe lub luteolityczne jest wymagana do pełnego zrozumienia dynamiki otaczającej ruch cholesterolu z kropli lipidowych do mitochondriów.

Korpusy lutealne krowy i owcy mają dwie odrębne komórki steroidogenne z różnymi zdolnościami do produkcji progesteronu. Małe komórki lutealne odpowiadają na LH z dużym wzrostem wydzielania progesteronu, a duże komórki lutealne mają podwyższoną podstawową szybkość wydzielania progesteronu i odpowiadają na LH z umiarkowanym wzrostem. Tkanka lutealna u kobiet, małp, owiec i gryzoni również posiada duże i małe komórki lutealne o zmiennej odpowiedzi na LH. Komórki lutealne bydła i owiec mają różną morfologię kropli lipidowych, na co wskazuje barwienie neutralnych lipidów metodą BODIPY. Średnio, małe komórki lutealne mają większe kropelki lipidowe, a duże komórki mają obfite, rozproszone małe kropelki lipidowe. Czynniki, które przyczyniają się do tych różnic są nieznane, ale zgłoszony wysoki podstawowy poziom aktywności PKA w dużych komórkach lutealnych może zapewnić toniczną aktywację HSL skutkującą mniejszymi i rozproszonymi kropelkami lipidowymi.

W oparciu o wyraźną różnicę w zdolności dużych i małych komórek lutealnych do produkcji progesteronu w warunkach podstawowych i stymulowanych, wydaje się prawdopodobne, że duże i małe komórki lutealne mają różne wymagania dotyczące przetwarzania energii podczas podstawowej i stymulowanej steroidogenezy. Hydroliza estrów cholesterolu uwalnia zarówno cholesterol, jak i kwasy tłuszczowe. Kwasy tłuszczowe są albo reestryfikowane i przechowywane w kroplach lipidowych lub błonach, albo wykorzystywane do β-oksydacji, w wyniku której powstają równoważniki redukujące i acetylo-CoA dla cyklu kwasu cytrynowego. Kwasy tłuszczowe są zużywane przez mitochondria w procesie β-oksydacji w celu wytworzenia acetylo-CoA oraz NADH i FADH2 do wykorzystania w łańcuchu transportu elektronów w celu wytworzenia ATP. Chociaż tkanki steroidogenne wykorzystują glikolizę do wspierania steroidogenezy, wydaje się prawdopodobne, że produkcja dużych ilości progesteronu przez komórki lutealne może wymagać β-oksydacji kwasów tłuszczowych w celu dostarczenia energii potrzebnej do optymalnej steroidogenezy w warunkach podstawowych, ale pozostaje to do krytycznej oceny. Ostatnie badania wskazują, że kwasy tłuszczowe odgrywają ważną rolę w metabolizmie kompleksu oocytu cumulus i dojrzewaniu oocytu. Badania te wykazały, że dodanie l-karnityny w celu promowania β-oksydacji poprawiło rozwój zarodka oraz że farmakologiczne hamowanie β-oksydacji kwasów tłuszczowych za pomocą etomoxiru upośledziło dojrzewanie oocytów i rozwój zarodka. Enzym palmitoilotransferaza karnityny 1A (CPT1A) jest odpowiedzialny za wychwyt kwasów tłuszczowych do mitochondriów w celu ich β-oksydacji. Raport dotyczący bydła wskazuje, że ekspresja mRNA CPT1A w dużych komórkach lutealnych jest 5,6-krotnie większa niż w komórkach ziarnistych, podczas gdy nie zaobserwowano różnicy w ekspresji pomiędzy komórkami theca i małymi komórkami lutealnymi. Dane te wspierają ideę, że β-oksydacja może odgrywać ważną rolę w metabolicznej regulacji dużych komórek lutealnych. Proporcja oddychania, która jest wspierana przez kwasy tłuszczowe w dużych i małych komórkach lutealnych bydła, pozostaje do ustalenia doświadczalnie. Pomimo ich fundamentalnego znaczenia fizjologicznego, nadmierna podaż nieestryfikowanych kwasów tłuszczowych może być szkodliwa dla funkcji komórkowej. Biorąc pod uwagę intensywne zainteresowanie patologiami, które prowadzą do akumulacji lipidów i stanami (np. otyłość, cukrzyca, zespół metaboliczny), które podnoszą poziom wolnych kwasów tłuszczowych i zmieniają metabolizm, zrozumienie, w jaki sposób kropelki lipidowe, glikoliza i β-oksydacja są regulowane w ciałku żółtym, może dostarczyć wskazówek na temat ich roli w steroidogenezie i podpowiedzi dla poprawy funkcji jajników, leczenia zaburzeń jajnikowych i zwiększania płodności.