Hormone Sensitive Lipase

Hormone-Sensitive Lipase

Hormone Sensitive Lipase (HSL, även känt som LIPE) är ett neutralt kolesteresterhydrolas som reglerar fettdepåer i adipocyter och steroidogena vävnader . Som svar på ett hormon eller en neurotransmittor som aktiverar cAMP/PKA-signalvägen translokeras HSL till lipiddropparna . En nuvarande syn på de mekanismer som reglerar lipolysen i fett tyder på att lipiddroppens höljeprotein PLIN1 fungerar som en ställningsbild vid regleringen av lipolysen . Under vila fungerar PLIN1 som ett hinder för hydrolys av lagrade lipider genom att förhindra åtkomst av adipocyt triglyceridlipas (ATGL) och HSL, de viktigaste lipaserna i fettceller. Efter aktivering av PKA fosforyleras både PLIN1 och HSL, vilket leder till att HSL translokeras från det cytosoliska kompartmentet till lipiddropparna. Fosforyleringen av HSL underlättar dess interaktion med lipidsubstrat så att triglycerid- eller kolesterolesterhydrolysen kan fortsätta. Fosforylering av HSL sker på flera ställen, bland annat Ser-660, som stimulerar den katalytiska aktiviteten, och Ser-563, som tros vara ömsesidigt uteslutande med fosforylering av HSL på den icke-PKA-ställe Ser-565 . Således stimulerar hormonella signaler som signalerar frisättning av lagrade fettsyror eller kolesterol PKA att fosforylera HSL.

Det finns belägg för att HSL är det viktigaste hormonkänsliga kolesterolesterhydrolaset i steroidogena vävnader. Förekomsten av perilipinpälsproteiner och HSL i äggstocken tyder på att LH via en cAMP/PKA-signalväg kan reglera fosforyleringen av perilipin och HSL för att hydrolysa kolesterolestrar för att producera substrat för progesteronsyntesen. Studier med HSL-nollmöss visade att knock-out av HSL resulterade i minskad steroidogenes i binjurarna och hämmad spermaproduktion i testiklarna . Dessa resultat tyder på att HSL är involverad i den intracellulära bearbetningen och tillgängligheten av kolesterol för steroidogenes. Shen et al. påvisade en interaktion mellan STAR och HSL i råttans binjurar efter behandling med ACTH och att samuttryck av HSL och STAR ökade både HSL-aktiviteten och kolesterolhalten i mitokondrierna. Andra studier ger belägg för en interaktion mellan HSL och intermediärfilamentet vimentin och att nollmus med vimentin hade små lipiddroppar och minskad steroidproduktion i binjurar och äggstockar . En nyligen genomförd studie av Zowalaty et al. visar att riktad borttagning av RhoA desorganiserade vimentinfilamenten i musens corpus luteum . Detta resulterade i lutealinsufficiens och infertilitet hos honmöss. En aktivering av cAMP/PKA-signalvägen i en leydigcellslinje hos musen stimulerade fosforylering av HSL, vilket korrelerade med en ökning av STAR och progesteron . Dessutom undertryckte behandling med en hämmare av HSL CAY10499 eller tystande av HSL med målinriktat siRNA progesteronsyntesen. I en nyligen publicerad rapport av Talbott et al. kopplas HSL-nivåerna till progesteronsyntesen i corpus luteum hos nötkreatur. I den studien resulterade behandling med prostaglandin F2α för att framkalla luteal regression i en snabb minskning av HSL och progesteron före minskningar av uttrycket av andra komponenter i det steroidogena maskineriet. Studier med hjälp av lutealceller från nötkreatur in vitro visade att LH via en cAMP/PKA-väg snabbt fosforylerade HSL och att HSL-hämmaren CAY10499 effektivt blockerade LH:s stimulerande verkan på progesteronsyntesen (Talbott, Krauss, Davis, opublicerat). Sammantaget pekar bevisen på en viktig roll för HSL i den luteala steroidogenesen, men mer forskning behövs för att fastställa de mekanismer genom vilka kolesterolestrar frigörs från luteala lipiddroppar.

Identifieringen av cytoplasmatiska lipiddroppar som viktiga plattformar för cellsignalering och interaktioner med andra organeller har drivit forskare att identifiera protein- och lipidsammansättningen av lipiddropparna. PLIN-familjen av lipiddropparnas täckproteiner kan påverka typen av lipider som lagras i lipiddropparna och den metaboliska aktiviteten . Äggstockar från apan, musen och nötkreatur uttrycker PLIN2, som är förknippat med lagring av kolesterolester. Proteinsammansättningen i lipiddroppar har karakteriserats i varierande grad i några få däggdjursvävnader eller cellinjer och 3T3-L1 adipocyter , råttlever och musmuskelvävnad samt mänskliga cellinjer ]. Det saknas direkt information om proteinsammansättningen i corpus luteums lipiddroppar och effekterna av hormoner eller metaboliska förändringar på lipiddropparnas egenskaper. Khor et al. jämförde proteomet av lipiddroppar från granulosaceller från råttor som behandlats in vitro med antingen högdensitetslipoproteiner eller fettsyror för att berika cytoplasmatiska lipiddroppar med kolesterolestrar respektive triacylglyceroler. I den här studien var 278 proteiner, inklusive PLIN2, gemensamma för de lipiddroppar som framställdes från båda behandlingarna, och det fanns också liknande andra rapporter om lipiddropparnas proteom. De identifierade också 61 respektive 40 proteiner som var unika för de kolesterolesterrika eller triacylglycerolrika lipiddropparna. Särskilt i de kolesterolesterrika lipiddropparna identifierade de HSD3B1, vimentin och den spänningsberoende anjonkanalen (VDAC1), som alla har rapporterats ha en roll i steroidogenesen. Proteomanalys av lipiddroppar som isolerats från musens Leydig-tumörcellslinje MLTC-1 och musens testiklar avslöjade också förekomsten av proteiner från PLIN-familjen och enzymer som är involverade i syntesen av steroidhormoner. I våra studier fann man att lipiddroppar som isolerats från fullt funktionella korpora lutea från nötkreatur i mitten av cykeln innehöll PLIN2- och PLIN3-överdragsproteiner, HSL och HSD3B, CYP11A1 och VDAC1 (Talbott, Cupp, Wood och Davis, opublicerat). Sammantaget tyder dessa studier på att luteala lipiddroppar kan fungera som en hormonellt reglerad plattform som är nödvändig för gonadisk steroidogenes. En omfattande analys av lipid- och proteinsammansättningen hos luteala lipiddroppar och deras respons på luteotrofa eller luteolytiska hormoner krävs för att fullt ut förstå dynamiken kring förflyttningen av kolesterol från lipiddroppen till mitokondrierna.

Bovin och ovin corpora lutea har två distinkta steroidogena celler med olika förmåga att producera progesteron . De små luteacellerna reagerar på LH med stora ökningar av progesteronutsöndringen, och de stora luteacellerna har en förhöjd basalprogesteronutsöndring och reagerar på LH med en blygsam ökning. Lutealvävnad hos kvinnor, apor, får och gnagare har också stora och små lutealceller med varierande respons på LH. Luteacelltyperna hos nötkreatur och får har olika morfologi av lipiddroppar, vilket framgår av BODIPY-färgning av neutrala lipider. I genomsnitt har de små lutealcellerna större lipiddroppar och de stora cellerna har rikligt med spridda små lipiddroppar. De faktorer som bidrar till dessa skillnader är okända, men den rapporterade höga basala nivån av PKA-aktivitet i stora lutealceller kan ge en tonisk aktivering av HSL som resulterar i mindre och utspridda lipiddroppar.

Baserat på den uttalade skillnaden i förmågan hos stora och små lutealceller att producera progesteron under basala och stimulerade förhållanden, förefaller det troligt att stora och små lutealceller har olika krav på energibearbetning under basal och stimulerad steroidogenes. Vid hydrolys av kolesterolestrar frigörs både kolesterol och fettsyror. Fettsyrorna återförestras och lagras i lipiddroppar eller membran eller används för β-oxidation som producerar reducerande ekvivalenter och acetyl-CoA för citronsyracykeln . Fettsyror förbrukas av mitokondrier genom β-oxidation för att producera acetyl-CoA och NADH och FADH2 för användning i elektrontransportkedjan för att producera ATP . Även om steroidogena vävnader använder glykolys för att stödja steroidogenesen , verkar det troligt att produktionen av stora mängder progesteron av lutealceller kan kräva β-oxidation av fettsyror för att ge den energi som behövs för optimal steroidogenes under basala förhållanden, men detta återstår att kritiskt utvärdera. Nya studier tyder på att fettsyror spelar en viktig roll i cumulus oocytkomplexets metabolism och oocytmognad . I dessa studier konstaterades att tillsats av L-karnitin för att främja β-oxidation förbättrade embryoutvecklingen och att farmakologisk hämning av fettsyra-β-oxidation med etomoxir försämrade oocytmognaden och embryoutvecklingen. Enzymet karnitinpalmitoyltransferas 1A (CPT1A) ansvarar för upptaget av fettsyror i mitokondrierna för β-oxidation. En rapport från nötkreatur visar att CPT1A mRNA-uttrycket i stora luteaceller är 5,6 gånger större än i granulosaceller, medan ingen skillnad i uttryck observerades mellan theca- och små luteaceller . Dessa uppgifter stöder idén att β-oxidation kan spela en viktig roll i den metaboliska regleringen av stora lutealceller. Andelen respiration som stöds av fettsyror i stora och små lutealceller hos nötkreatur återstår att bestämma experimentellt. Trots deras grundläggande fysiologiska betydelse kan ett överskott av icke-esterifierade fettsyror vara skadligt för cellfunktionen . Med tanke på det intensiva intresset för patologier som resulterar i lipidackumulering och tillstånd (dvs. fetma, diabetes, metaboliskt syndrom) som förhöjer fria fettsyror och förändrar ämnesomsättningen, kan förståelsen av hur lipiddroppar, glykolys och β-oxidation regleras i corpus luteum ge ledtrådar om deras roller i steroidogenesen och ledtrådar för att förbättra ovariefunktionen, behandla ovariestörningar och öka fertiliteten.