Transkripční regulace lipogeneze
Důkazy, které byly shromážděny v posledních několika letech, ukazují, že účinky různých živin a hormonů na expresi lipogenních genů jsou zprostředkovány SREBPs (Hua et al., 1993; Tontonoz et al., 1993; Yokoyama et al., 1993). SREBPs jsou transkripční faktory, které regulují expresi genů spojených s metabolismem cholesterolu a mastných kyselin. Patří do skupiny transkripčních faktorů typu basic helix-loop-helix (bHLH)-leucinový zip a lze je rozdělit na tři typy: SREBP-2, SREBP-1a a SREBP-1c (nazývaný také ADD1). SREBP-1a a -1c, z nichž SREBP-1c je považován za fyziologicky nejvýznamnější, jsou produkty jednoho genu, které se liší v prvním exonu. Od svého objevu v roce 1993 byl molekulární způsob působení SREBP-2 velmi dobře charakterizován. Když je hladina volného cholesterolu v buňce vysoká, je SREBP-2 přítomen jako velký nezralý prekurzor vázaný na endoplazmatické retikulum. Když se koncentrace cholesterolu v buňce sníží, prekurzorová molekula se proteolyticky rozštěpí a uvolní se zralý fragment, který se přemístí do jádra. V jádře se zralý SREBP-2 váže na tzv. element sterolové odpovědi v promotorové oblasti cílových genů, a tím aktivuje jejich transkripci.
Studie na transgenních myších, které nadměrně exprimují SREBP-2 v játrech, naznačily, že SREBP-2 stimuluje expresi genů zapojených do metabolismu cholesterolu, jako jsou LDL receptor, geny farnesylpyrofosfát syntázy a HMG-CoA reduktázy. Zajímavé je, že u myší, které nadměrně exprimují SREBP-1a nebo SREBP-1c v játrech, bylo pozorováno dramatické nahromadění jaterních triglyceridů a zvýšené hladiny exprese lipogenních genů. To vedlo k závěru, že SREBP-1 aktivuje geny spojené s lipogenezí v játrech (přehled v Horton a Shimomura, 1999).
Překvapivě fenotyp SREBP-1 nulových myší odhalil, že SREBP-1 má pravděpodobně poněkud odlišnou úlohu v tukové tkáni. U těchto myší nebyla ovlivněna hmotnost tukové tkáně ani exprese syntázy mastných kyselin a acetyl-CoA karboxylázy v tukové tkáni (Shimano et al., 1997). Další důkazy naznačující odlišnou roli SREBP-1 v tukové tkáni přinesly studie s transgenními myšmi, které exprimují SREBP-1c pod kontrolou promotoru aP2 (pro nadměrnou expresi specifickou pro tukovou tkáň). V bílé tukové tkáni těchto myší byla výrazně zvýšena exprese genů podílejících se na metabolismu cholesterolu, zatímco exprese genů podílejících se na syntéze mastných kyselin a triglyceridů zůstala nezměněna (Shimomura et al., 1998). Ještě pozoruhodnějším a neintuitivnějším pozorováním u těchto myší bylo, že hmotnost jejich tukové tkáně se snížila na méně než polovinu hmotnosti myší divokého typu. Vysvětlení zmenšené tukové hmoty zůstává nejasné, ale mohlo by souviset se sníženou expresí adipogenních transkripčních faktorů peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ) a CCAAT enhancer binding protein (C/EBPα). Celkově tyto údaje naznačují, že role SREBP-1 v játrech a tukové tkáni se mohou lišit.
Je stále zřejmější, že indukce exprese lipogenních genů v játrech inzulínem a glukózou je zprostředkována SREBP-1. SREBP-1 je v játrech a tukové tkáni velmi důležitý. Nulové myši SREBP-1 skutečně vykazují zhoršenou regulaci exprese lipogenních genů při protokolu hladovění/krmení (Shimano et al., 1999). Inzulin a glukóza ovlivňují transkripční aktivitu SREBP-1 několika mechanismy. Zaprvé bylo prokázáno, že inzulin stimuluje expresi mRNA SREBP-1 v adipocytech (Kim et al., 1998) a hepatocytech (Foretz et al., 1999b), přičemž tento účinek je pravděpodobně zprostředkován cestou fosfatidylinositol-3-kinázy (Azzout-Marniche et al., 2000). Kromě toho inzulin pravděpodobně zvyšuje aktivaci transkripce SREBP-1 nezávisle na změnách hladin jeho mRNA prostřednictvím fosforylace závislé na MAP-kináze (Roth et al., 2000). Podobně jako inzulin stimuluje glukóza aktivitu promotoru SREBP-1 a expresi mRNA (Hasty et al., 2000). Relativní zvýšení jaderné formy SREBP-1 po opětovném krmení sacharidy (Horton et al., 1998) naznačuje, že inzulin a glukóza mohou rovněž stimulovat transkripci genů závislých na SREBP-1 aktivací proteolytického štěpení membránově vázaného SREBP-1. Přímý účinek inzulinu nebo glukózy na proteolytické štěpení prekurzoru SREBP-1 se však nepodařilo prokázat (Azzout-Marniche et al., 2000; Hasty et al., 2000).
Polynenasycené mastné kyseliny také regulují expresi lipogenních genů. Na rozdíl od glukózy a inzulínu však expresi genů regulují směrem dolů. Tohoto účinku je dosaženo inhibicí exprese mRNA SREBP-1 (Kim et al., 1999; Mater et al., 1999; Xu et al., 1999; Yahagi et al., 1999) a také inhibicí proteolytického zpracování prekurzoru SREBP-1 (Thewke et al., 1998).
SREBP-1 zjevně hraje klíčovou roli při zprostředkování účinků inzulínu na genovou expresi, ale pravděpodobně není jediným transkripčním faktorem, který se na tom podílí. Studie in vitro jasně prokázaly význam předcházejících stimulačních faktorů (USF) při regulaci promotoru syntázy mastných kyselin inzulinem. USFs jsou všudypřítomné transkripční faktory bHLH-leucinového zipu, které jsou schopny interagovat jako homo- a/nebo heterodimery s E boxy sekvence CANNTG (Wang a Sul, 1997). Takový E box je přítomen v promotoru syntázy mastných kyselin. Mutace, které oslabují vazbu USF1 a USF2 na tento E box, ruší aktivaci promotoru syntázy mastných kyselin závislou na inzulínu. Nedávné studie s myšmi, kterým chybí USF1 a/nebo USF2, poskytly velmi přesvědčivé důkazy, že USF1 a USF2 se podílejí na zprostředkování stimulačního účinku inzulinu/glukosy na expresi syntázy mastných kyselin (Casado et al., 1999). Zdá se, že účinky USF a SREBP-1 jsou aditivní a nezávislé (Latasa et al., 2000). A konečně, glukóza může regulovat expresi lipogenních genů prostřednictvím transkripčního faktoru sacharidové odpovědi (ChoRF), který zatím nebyl klonován. V promotoru cílových genů, jako je pyruvátkináza, byly identifikovány specifické elementy odpovědi, které tento transkripční faktor vážou (Koo a Towle, 2000).
Důležitým transkripčním faktorem v tukové tkáni je jaderný hormonální receptor PPARγ. V tukové tkáni se vyskytuje i receptor PPARγ, který je v tukové tkáni velmi důležitý. Navzdory svému názvu není tento protein aktivován peroxizomovými proliferátory, ale mastnými kyselinami a jejich eikosanoidními deriváty a také léky třídy thiazolidindionů (Kersten et al., 2000a). PPARγ je součástí diferenciačního programu adipocytů a indukuje diferenciaci preadipocytů ve zralé tukové buňky. Dosud je znám pouze omezený počet genů regulovaných PPARγ v tukové tkáni. Ty kódují adipocytární protein vázající mastné kyseliny, lipoproteinovou lipázu, protein transportující mastné kyseliny (FATP), acyl-CoA syntetázu, fosfo-enol pyruvát karboxykinázu a adipózní faktor FIAF/PPARγ příbuzný angiopoetinu PGAR (Kersten et al., 2000b; Yoon et al., 2000). Na základě totožnosti těchto genů spolu s pozorováním, že exprese PPARγ je stimulována inzulinem (Vidal-Puig et al., 1997) a SREBP-1 (Fajas et al., 1999), by se dalo očekávat, že PPARγ bude mít nejen adipogenní, ale také lipogenní účinek. To potvrzují i klinické údaje, které ukazují, že pacienti užívající syntetické aktivátory PPARγ často přibývají na váze (Fuchtenbusch, 2000). Navíc heterozygotní myši s mutací PPARγ vykazují menší tukové zásoby při dietě s vysokým obsahem tuku (Kubota et al., 1999; Miles et al., 2000). Indukovatelné a tkáňově specifické knock-out modely PPARγ by měly být vysoce informativní z hlediska získání dalších poznatků o funkci PPARγ ve zralých tukových buňkách. Pokud jde o játra, ačkoli PPARγ je normálně v hepatocytech exprimován jen minimálně, akumulace triglyceridů v játrech je spojena s dramatickým zvýšením exprese PPARγ, což naznačuje, že PPARγ může hrát roli při stimulaci lipogeneze (Chao et al., 2000).
Závěrem lze říci, že posledních několik let přineslo záplavu nových údajů o mechanismech regulace lipogeneze živinami a hormony. Nyní je jasné, že SREBP-1 a v menší míře USF1 a USF2 hrají klíčovou roli při zprostředkování účinků živin a hormonů na expresi lipogenních genů v játrech. V tukové tkáni je pro regulaci adipogeneze i lipogeneze klíčový další transkripční faktor, PPARγ. Úloha, kterou hraje SREBP-1 v tukové tkáni, dosud nebyla jasně definována. Celkově se však SREBP-1 a PPARγ staly atraktivními cíli pro farmaceutické intervence poruch, jako je hypertriglyceridemie a obezita.