Transkriptionel regulering af lipogenese
Den dokumentation, der er blevet indsamlet i løbet af de sidste par år, viser, at virkningerne af forskellige næringsstoffer og hormoner på ekspressionen af lipogene gener formidles af SREBP’erne (Hua et al., 1993; Tontonoz et al., 1993; Yokoyama et al., 1993). SREBPs er transkriptionsfaktorer, der regulerer ekspressionen af gener, der er forbundet med kolesterol- og fedtsyremetabolismen. De tilhører gruppen af basiske helix-loop-helix (bHLH)-leucin-zipper-transkriptionsfaktorer og kan opdeles i tre typer: SREBP-2, SREBP-1a og SREBP-1c (også kaldet ADD1). SREBP-1a og -1c, hvoraf SREBP-1c anses for at være den mest fysiologisk relevante, er produkter fra et enkelt gen, som adskiller sig fra hinanden i deres første exon. Siden opdagelsen i 1993 er SREBP-2’s molekylære virkemåde blevet meget velkarakteriseret. Når niveauet af frit kolesterol i cellen er højt, er SREBP-2 til stede som en stor umoden forløber bundet til det endoplasmatiske reticulum. Når den cellulære koncentration af kolesterol falder, spaltes forløbermolekylet proteolytisk for at frigøre et modent fragment, der translokeres til kernen. I kernen binder det modne SREBP-2 sig til et såkaldt sterolresponselement i promotorområdet for målgenerne og aktiverer derved deres transkription.
Undersøgelser i transgene mus, der overudtrykker SREBP-2 i leveren, tyder på, at SREBP-2 stimulerer ekspressionen af gener, der er involveret i kolesterolmetabolismen, såsom LDL-receptor-, farnesylpyrofosfat-syntase- og HMG-CoA-reduktase-generne. Det er interessant, at der hos mus, der overudtrykker SREBP-1a eller SREBP-1c i leveren, blev observeret en dramatisk ophobning af hepatiske triglycerider og forhøjede ekspressionsniveauer af lipogene gener. Dette førte til den konklusion, at SREBP-1 aktiverer gener forbundet med lipogenese i leveren (gennemgået i Horton og Shimomura, 1999).
Overraskende nok afslørede fænotypen hos SREBP-1-nulmus, at SREBP-1 sandsynligvis har en noget anderledes rolle i fedtvævet. Hos disse mus blev fedtvævsmassen ikke påvirket, og det samme gjaldt fedtvævsekspressionen af fedtsyresyntase og acetyl-CoA-carboxylase (Shimano et al., 1997). Yderligere beviser, der tyder på en anden rolle for SREBP-1 i fedtvæv, kom fra undersøgelser med transgene mus, der udtrykker SREBP-1c under kontrol af aP2-promotoren (til adiposvævsspecifik overekspression). I hvidt fedtvæv hos disse mus var ekspressionen af gener, der er involveret i kolesterolmetabolisme, markant forhøjet, mens ekspressionen af gener, der er involveret i fedtsyre- og triglyceridsyntese, forblev uændret (Shimomura et al., 1998). En endnu mere slående og kontraintuitiv observation hos disse mus var, at deres fedtvævsmasse blev reduceret til mindre end halvdelen af vildtype musenes. Forklaringen bag den formindskede fedtmasse er stadig uklar, men kunne være relateret til nedsat ekspression af de adipogene transkriptionsfaktorer peroxisome proliferator-aktiveret receptor γ (PPARγ) og CCAAT enhancer binding protein (C/EBPα). Samlet set tyder disse data på, at SREBP-1’s roller i lever og fedtvæv kan være forskellige.
Det bliver mere og mere tydeligt, at induktionen af lipogen genekspression i leveren ved insulin og glukose medieres af SREBP-1. Faktisk viser SREBP-1 null-mus nedsat opregulering af lipogen genekspression på en fastende/genfødende protokol (Shimano et al., 1999). Insulin og glukose påvirker SREBP-1 transkriptionel aktivitet via flere mekanismer. For det første har insulin vist sig at stimulere SREBP-1 mRNA-ekspression i adipocytter (Kim et al., 1998) og hepatocytter (Foretz et al., 1999b), en effekt, der sandsynligvis er medieret af phosphatidylinositol 3-kinase-vejen (Azzout-Marniche et al., 2000). Desuden øger insulin sandsynligvis transkriptionel aktivering af SREBP-1, uafhængigt af ændringer i dets mRNA-niveauer, via MAP-kinase-afhængig fosforylering (Roth et al., 2000). Ligesom insulin stimulerer glukose SREBP-1-promotoraktivitet og mRNA-ekspression (Hasty et al., 2000). Den relative stigning i den nukleare form af SREBP-1 efter genfodring med kulhydrat (Horton et al., 1998) tyder på, at insulin og glukose også kan stimulere SREBP-1-afhængig gentranskription ved at aktivere den proteolytiske spaltning af membranbundet SREBP-1. Der kunne imidlertid ikke påvises en direkte virkning af insulin eller glukose på den proteolytiske spaltning af SREBP-1-prækursoren (Azzout-Marniche et al., 2000; Hasty et al., 2000).
Polyumættede fedtsyrer regulerer også ekspressionen af lipogene gener. I modsætning til glukose og insulin nedregulerer de imidlertid genekspression. Denne effekt opnås ved at hæmme mRNA-ekspressionen af SREBP-1 (Kim et al., 1999; Mater et al., 1999; Xu et al., 1999; Yahagi et al., 1999), samt ved at hæmme den proteolytiske behandling af SREBP-1-prækursoren (Thewke et al., 1998).
SREBP-1 spiller tydeligvis en central rolle i formidlingen af insulins virkninger på genekspression, men det er sandsynligvis ikke den eneste involverede transkriptionsfaktor. In vitro-undersøgelser har klart fastslået betydningen af de opstrøms stimulerende faktorer (USF’er) i reguleringen af fedtsyresyntasepromotoren ved insulin. USF’er er allestedsnærværende bHLH-leucin-zipper-transskriptionsfaktorer, der er i stand til at interagere som homo- og/eller heterodimere med E-bokse i CANNTG-sekvensen (Wang og Sul, 1997). En sådan E-boks er til stede i promotoren af fedtsyresyntase. Mutationer, der svækker USF1’s og USF2’s binding af USF1 og USF2 til denne E-boks, ophæver den insulinafhængige aktivering af fedtsyresyntase-promotoren. Nylige undersøgelser med mus, der mangler USF1 og/eller USF2, har givet meget overbevisende beviser for, at USF1 og USF2 er involveret i formidlingen af den stimulerende virkning af insulin/glukose på ekspression af fedtsyresyntase (Casado et al., 1999). Virkningerne af USF’er og SREBP-1 synes at være additive og uafhængige (Latasa et al., 2000). Endelig kan glukose regulere ekspressionen af lipogene gener via en carbohydratrespons-transskriptionsfaktor (ChoRF), som endnu ikke er blevet klonet. Specifikke responselementer, der binder denne transkriptionsfaktor, er blevet identificeret i promotoren af målgener, såsom pyruvatkinase (Koo og Towle, 2000).
En vigtig transkriptionsfaktor i fedtvæv er kernehormonreceptoren PPARγ. På trods af sit navn aktiveres dette protein ikke af peroxisomproliferatorer, men af fedtsyrer og deres eicosanoidderivater samt af lægemidler af thiazolidinedionklassen (Kersten et al., 2000a). PPARγ er en del af adipocytdifferentieringsprogrammet, idet det inducerer differentieringen af præ-adipocytter til modne fedtceller. Hidtil er kun et begrænset antal gener kendt for at blive reguleret af PPARγ i fedtvævet. Disse koder for adipocytfedtsyrebindingsprotein, lipoproteinlipase, fedtsyretransportprotein (FATP), acyl-CoA-syntetase, phospho-enolpyruvatcarboxykinase og den fastende inducerede fedtsyrefaktor FIAF/PPARγ angiopoietin-relateret PGAR (Kersten et al., 2000b; Yoon et al., 2000). Baseret på disse geners identitet, kombineret med observationen af, at PPARγ-ekspression stimuleres af insulin (Vidal-Puig et al., 1997) og af SREBP-1 (Fajas et al., 1999), kunne man forvente, at PPARγ ikke kun har en adipogen effekt, men også en lipogen effekt. Dette understøttes af kliniske data, der viser, at patienter, der tager syntetiske PPARγ-aktivatorer, ofte tager på i vægt (Fuchtenbusch, 2000). Desuden udviser heterozygote PPARγ-mutante mus mindre fedtdepoter på en fedtholdig diæt (Kubota et al., 1999; Miles et al., 2000). Inducerbare og vævsspecifikke PPARγ knock-out-modeller bør være meget informative med hensyn til at få yderligere indsigt i PPARγ’s funktion i modne fedtceller. Med hensyn til leveren gælder det, at selv om PPARγ normalt kun udtrykkes minimalt i hepatocytter, er hepatisk triglyceridakkumulering forbundet med en dramatisk stigning i PPARγ-ekspression, hvilket tyder på, at PPARγ kan spille en rolle i stimuleringen af lipogenese (Chao et al., 2000).
Sammenfattende har de sidste par år medført en syndflod af nye data om mekanismerne for regulering af lipogenese ved hjælp af næringsstoffer og hormoner. Det er nu klart, at SREBP-1 og i mindre grad USF1 og USF2 spiller en central rolle i formidlingen af næringsstoffers og hormoners virkninger på lipogen genekspression i leveren. I fedtvævet er en anden transkriptionsfaktor, PPARγ, afgørende for reguleringen af både adipogenese og lipogenese. Den rolle, som SREBP-1 spiller i fedtvævet, er endnu ikke klart defineret. Samlet set er SREBP-1 og PPARγ imidlertid blevet attraktive mål for farmaceutiske interventioner i forbindelse med lidelser som hypertriglyceridæmi og fedme.