Lipogeneesin transkriptiivinen säätely
Viime vuosina kerätyt todisteet viittaavat siihen, että erilaisten ravintoaineiden ja hormonien vaikutukset lipogeenisten geenien ilmentymiseen välittyvät SREBP:ien välityksellä (Hua ym., 1993; Tontonoz ym., 1993; Yokoyama ym., 1993). SREBP:t ovat transkriptiotekijöitä, jotka säätelevät kolesteroli- ja rasvahappoaineenvaihduntaan liittyvien geenien ilmentymistä. Ne kuuluvat bHLH (basic helix-loop-helix) -leusiinivetoketjujen transkriptiotekijöiden ryhmään, ja ne voidaan jakaa kolmeen tyyppiin: SREBP-2, SREBP-1a ja SREBP-1c (myös ADD1). SREBP-1a ja -1c, joista SREBP-1c:tä pidetään fysiologisesti merkityksellisimpänä, ovat yhden geenin tuotteita, jotka eroavat toisistaan ensimmäisen eksoninsa osalta. SREBP-2:n molekulaarista toimintatapaa on luonnehdittu hyvin sen jälkeen, kun se löydettiin vuonna 1993. Kun vapaan kolesterolin pitoisuudet solussa ovat korkeat, SREBP-2 esiintyy suurena epäkypsänä esiasteena endoplasmiseen retikulumiin sitoutuneena. Kun solun kolesterolipitoisuus laskee, prekursorimolekyyli pilkkoutuu proteolyyttisesti ja vapauttaa kypsän fragmentin, joka siirtyy tumaan. Ytimessä kypsä SREBP-2 sitoutuu kohdegeenien promoottorialueella olevaan niin sanottuun sterolivaste-elementtiin ja aktivoi siten niiden transkriptiota.
Tutkimukset siirtogeenisillä hiirillä, jotka yliekspressoivat SREBP-2:ta maksassa, viittasivat siihen, että SREBP-2 stimuloi kolesterolimetaboliaan osallistuvien geenien, kuten LDL-reseptorin, farnesyylipyrofosfaattisyntaasi- ja HMG-CoA-reduktaasi-geenien ilmentymistä. Mielenkiintoista oli, että hiirillä, jotka yliekspressoivat SREBP-1a:ta tai SREBP-1c:tä maksassa, havaittiin dramaattinen maksan triglyseridien kertyminen ja lipogeenisten geenien kohonnut ilmentymistaso. Tämä johti siihen johtopäätökseen, että SREBP-1 aktivoi lipogeneesiin liittyviä geenejä maksassa (katsaus teoksessa Horton ja Shimomura, 1999).
Yllättäen SREBP-1-nolla-hiirten fenotyyppi paljasti, että SREBP-1:llä on luultavasti jonkin verran erilainen rooli rasvakudoksessa. Näillä hiirillä rasvakudoksen massa ei vaikuttanut eikä rasvahapposyntaasin ja asetyyli-CoA-karboksylaasin rasvakudosekspressio (Shimano ym., 1997). Lisänäyttöä SREBP-1:n erilaisesta roolista rasvakudoksessa saatiin tutkimuksista, joissa käytettiin siirtogeenisiä hiiriä, jotka ilmentävät SREBP-1c:tä aP2-promoottorin ohjaamana (rasvakudospesifistä yliekspressiota varten). Näiden hiirten valkoisessa rasvakudoksessa kolesteroliaineenvaihduntaan osallistuvien geenien ilmentyminen oli selvästi kohonnut, kun taas rasvahappojen ja triglyseridien synteesiin osallistuvien geenien ilmentyminen pysyi ennallaan (Shimomura ym., 1998). Vielä silmiinpistävämpi ja intuition vastainen havainto näissä hiirissä oli se, että niiden rasvakudoksen massa oli pienentynyt alle puoleen villityypin hiirten massasta. Selitys pienentyneen rasvamassan taustalla on edelleen hämärän peitossa, mutta se saattaa liittyä adipogeenisten transkriptiotekijöiden peroksisoma proliferaattorin aktivoituneen reseptorin γ (PPARγ) ja CCAAT enhancer binding protein (C/EBPα) vähentyneeseen ilmentymiseen. Kaiken kaikkiaan nämä tiedot viittaavat siihen, että SREBP-1:n roolit maksassa ja rasvakudoksessa saattavat erota toisistaan.
On käymässä yhä ilmeisemmäksi, että insuliinin ja glukoosin aiheuttama lipogeenisen geeniekspression induktio maksassa välittyy SREBP-1:n välityksellä. SREBP-1-nolla-hiirillä esiintyykin heikentynyttä lipogeenisen geeniekspression ylössäätelyä paasto-/ruokintaprotokollalla (Shimano ym., 1999). Insuliini ja glukoosi vaikuttavat SREBP-1:n transkriptioaktiivisuuteen useiden mekanismien kautta. Ensinnäkin insuliinin on osoitettu stimuloivan SREBP-1:n mRNA:n ilmentymistä rasvasoluissa (Kim ym., 1998) ja hepatosyyteissä (Foretz ym., 1999b), ja tämä vaikutus välittyy luultavasti fosfatidyyliinositoli-3-kaanireitin kautta (Azzout-Marniche ym., 2000). Lisäksi insuliini todennäköisesti lisää SREBP-1:n transkriptioaktivaatiota sen mRNA-tasojen muutoksista riippumatta MAP-kinaasi-riippuvaisen fosforylaation kautta (Roth ym., 2000). Glukoosi stimuloi insuliinin tavoin SREBP-1:n promoottoriaktiivisuutta ja mRNA-ekspressiota (Hasty ym., 2000). SREBP-1:n ydinmuodon suhteellinen lisääntyminen hiilihydraattipalautuksen jälkeen (Horton ym., 1998) viittaa siihen, että insuliini ja glukoosi voivat myös stimuloida SREBP-1-riippuvaista geenin transkriptiota aktivoimalla kalvoon sitoutuneen SREBP-1:n proteolyyttistä pilkkoutumista. Insuliinin tai glukoosin suoraa vaikutusta SREBP-1:n esiasteen proteolyyttiseen pilkkoutumiseen ei kuitenkaan voitu osoittaa (Azzout-Marniche ym., 2000; Hasty ym., 2000).
Polytyydyttymättömät rasvahapot säätelevät myös lipogeenisten geenien ilmentymistä. Toisin kuin glukoosi ja insuliini, ne kuitenkin säätelevät geenien ilmentymistä alaspäin. Tämä vaikutus saavutetaan estämällä SREBP-1:n mRNA-ekspressiota (Kim ym., 1999; Mater ym., 1999; Xu ym., 1999; Yahagi ym., 1999) sekä estämällä SREBP-1:n esiasteen proteolyyttistä prosessointia (Thewke ym., 1998).
SREBP-1:llä on selvästi keskeinen rooli insuliinin geeniekspressioon kohdistuvien vaikutusten välittäjänä, mutta se ei luultavasti ole ainoa siihen osallistuva transkriptiotekijä. In vitro -tutkimukset ovat selvästi osoittaneet ylävirran stimuloivien tekijöiden (USF) merkityksen rasvahapposyntaasin promoottorin säätelyssä insuliinin vaikutuksesta. USF:t ovat ubiikkisia bHLH-leusiinivetoketjullisia transkriptiotekijöitä, jotka pystyvät vuorovaikutukseen homo- ja/tai heterodimeereinä CANNTG-sekvenssin E-laatikoiden kanssa (Wang ja Sul, 1997). Tällainen E-laatikko on rasvahapposyntaasin promoottorissa. Mutaatiot, jotka heikentävät USF1:n ja USF2:n sitoutumista tähän E-boksiin, poistavat rasvahapposyntaasin promoottorin insuliini-riippuvaisen aktivaation. Viimeaikaiset tutkimukset hiirillä, joilta puuttuu USF1 ja/tai USF2, ovat antaneet erittäin vakuuttavaa näyttöä siitä, että USF1 ja USF2 osallistuvat insuliinin/glukoosin stimuloivan vaikutuksen välittämiseen rasvahapposyntaasin ekspressioon (Casado ym., 1999). USF:ien ja SREBP-1:n vaikutukset näyttävät olevan additiivisia ja riippumattomia (Latasa ym., 2000). Lopuksi, glukoosi saattaa säädellä lipogeenisten geenien ilmentymistä hiilihydraattivasteen transkriptiotekijän (ChoRF) kautta, jota ei ole vielä kloonattu. Erityisiä vaste-elementtejä, jotka sitovat tätä transkriptiotekijää, on tunnistettu kohdegeenien, kuten pyruvaattikinaasin, promoottorista (Koo ja Towle, 2000).
Tärkeä transkriptiotekijä rasvakudoksessa on ydinhormonireseptori PPARγ. Nimestään huolimatta tätä proteiinia eivät aktivoi peroksisomiproliferaattorit vaan rasvahapot ja niiden eikosanoidijohdannaiset sekä tiatsolidiinidioni-luokan lääkkeet (Kersten ym., 2000a). PPARγ on osa adiposyyttien erilaistumisohjelmaa, joka indusoi pre-adiposyyttien erilaistumista kypsiksi rasvasoluiksi. Tähän mennessä tiedetään vain rajallinen määrä geenejä, joita PPARγ säätelee rasvakudoksessa. Nämä koodaavat rasvahappoja sitovaa adiposyyttiproteiinia, lipoproteiinilipaasia, rasvahappojen kuljetusproteiinia (FATP), asyyli-CoA-syntetaasia, fosfo-enoli-pyruvaattikarboksykinaasia ja paastoindusoitua rasvakudosta aiheuttavaa tekijää FIAF/PPARγ:n angiopoietiiniin liittyvää PGAR:ia (Kersten ym., 2000b; Yoon ym., 2000). Näiden geenien identiteetin ja sen havainnon perusteella, että PPARγ:n ilmentymistä stimuloivat insuliini (Vidal-Puig ym., 1997) ja SREBP-1 (Fajas ym., 1999), voisi olettaa, että PPARγ:llä olisi adipogeenisen vaikutuksen lisäksi myös lipogeeninen vaikutus. Tätä tukevat kliiniset tiedot, jotka osoittavat, että synteettisiä PPARγ-aktivaattoreita käyttävät potilaat lihovat usein (Fuchtenbusch, 2000). Lisäksi heterotsygoottisilla PPARγ-mutaatiohiirillä on pienemmät rasvavarastot runsasrasvaisella ruokavaliolla (Kubota ym., 1999; Miles ym., 2000). Indusoituvien ja kudosspesifisten PPARγ:n knock-out-mallien pitäisi olla erittäin informatiivisia, jotta PPARγ:n toiminnasta kypsissä rasvasoluissa saataisiin lisätietoa. Maksan osalta voidaan todeta, että vaikka PPARγ:n ilmentyminen hepatosyyteissä on normaalisti vähäistä, maksan triglyseridien kertymiseen liittyy PPARγ:n ilmentymisen dramaattinen lisääntyminen, mikä viittaa siihen, että PPARγ:llä voi olla rooli lipogeneesin stimuloimisessa (Chao ym., 2000).
Johtopäätöksenä voidaan todeta, että viime vuodet ovat tuoneet mukanaan valtavasti uutta tietoa ravintoaineiden ja hormonien aiheuttaman lipogeneesin säätelymekanismeista. Nyt on selvää, että SREBP-1:llä ja vähäisemmässä määrin USF1:llä ja USF2:lla on keskeinen rooli ravinteiden ja hormonien vaikutusten välittämisessä lipogeenisten geenien ilmentymiseen maksassa. Rasvakudoksessa toinen transkriptiotekijä, PPARγ, on kriittinen tekijä sekä adipogeneesin että lipogeneesin säätelyssä. SREBP-1:n roolia rasvakudoksessa ei ole vielä selkeästi määritelty. Kaiken kaikkiaan SREBP-1:stä ja PPARγ:stä on kuitenkin tullut houkuttelevia kohteita sellaisten sairauksien kuin hypertriglyseridemian ja lihavuuden lääkkeellisille interventioille.