A lipogenezis transzkripcionális szabályozása
Az elmúlt években összegyűlt bizonyítékok arra utalnak, hogy a különböző tápanyagok és hormonok hatását a lipogén gének expressziójára a SREBP-k közvetítik (Hua és mtsai., 1993; Tontonoz és mtsai., 1993; Yokoyama és mtsai., 1993). A SREBP-k olyan transzkripciós faktorok, amelyek a koleszterin- és zsírsav-anyagcserével kapcsolatos gének kifejeződését szabályozzák. A bázikus hélix-hurok-hélix (bHLH)-leucin cipzár transzkripciós faktorok csoportjába tartoznak, és három típusba sorolhatók: SREBP-2, SREBP-1a és SREBP-1c (más néven ADD1). A SREBP-1a és -1c, amelyek közül a SREBP-1c tekinthető a fiziológiailag legjelentősebbnek, egyetlen gén termékei, amelyek az első exonjukban különböznek. Az 1993-as felfedezése óta a SREBP-2 molekuláris hatásmechanizmusát nagyon jól jellemezték. Amikor a sejtben a szabad koleszterin szintje magas, a SREBP-2 az endoplazmatikus retikulumhoz kötött nagyméretű éretlen prekurzor formájában van jelen. Amikor a koleszterin sejtkoncentrációja csökken, a prekurzor molekula proteolitikusan hasad, hogy érett fragmentumot szabadítson fel, amely transzlokálódik a sejtmagba. A sejtmagban az érett SREBP-2 a célgének promóter régiójában lévő úgynevezett sterol válaszelemhez kötődik, és ezáltal aktiválja azok transzkripcióját.
A SREBP-2-t a májban túlexpresszáló transzgenikus egereken végzett vizsgálatok azt sugallták, hogy az SREBP-2 serkenti a koleszterinanyagcserében részt vevő gének, például az LDL-receptor, a farnezil-pirifoszfát-szintáz és a HMG-CoA reduktáz gének expresszióját. Érdekes módon a SREBP-1a vagy SREBP-1c-t a májban túlexpresszáló egerekben a májban a hepatikus trigliceridek drámai felhalmozódását és a lipogén gének emelkedett expressziós szintjét figyelték meg. Ez arra engedett következtetni, hogy a SREBP-1 aktiválja a májban a lipogenezissel kapcsolatos géneket (áttekintve: Horton és Shimomura, 1999).
A SREBP-1 null egerek fenotípusa meglepő módon azt mutatta, hogy a SREBP-1-nek valószínűleg némileg más szerepe van a zsírszövetben. Ezekben az egerekben a zsírszövet tömege nem változott, ahogy a zsírsavszintáz és az acetil-CoA-karboxiláz zsírszöveti expressziója sem (Shimano és mtsai., 1997). A SREBP-1 zsírszövetben betöltött eltérő szerepére utaló további bizonyítékok olyan transzgenikus egerekkel végzett vizsgálatokból származnak, amelyek az SREBP-1c-t az aP2 promóter kontrollja alatt expresszálják (a zsírszövet-specifikus overexpresszió érdekében). Ezen egerek fehér zsírszövetében a koleszterin-anyagcserében szerepet játszó gének expressziója jelentősen emelkedett, míg a zsírsav- és trigliceridszintézisben szerepet játszó gének expressziója változatlan maradt (Shimomura és mtsai., 1998). Még szembetűnőbb és ellenkező értelmű megfigyelés volt ezeknél az egereknél, hogy zsírszövetük tömege a vad típusú egerek tömegének kevesebb mint felére csökkent. A csökkent zsírtömeg mögött meghúzódó magyarázat továbbra is megfoghatatlan, de összefügghet az adipogén transzkripciós faktorok, a peroxiszóma proliferátor aktivált receptor γ (PPARγ) és a CCAAT enhancer binding protein (C/EBPα) csökkent expressziójával. Összességében ezek az adatok arra utalnak, hogy a SREBP-1 szerepe a májban és a zsírszövetben eltérő lehet.
Egyre nyilvánvalóbbá válik, hogy a májban a lipogén génexpresszió inzulin és glükóz általi indukcióját a SREBP-1 közvetíti. Valóban, a SREBP-1 null egerek a lipogén génexpresszió károsodott up-regulációját mutatják koplalási/táplálási protokollon (Shimano és mtsai., 1999). Az inzulin és a glükóz több mechanizmuson keresztül befolyásolja a SREBP-1 transzkripciós aktivitását. Először is, kimutatták, hogy az inzulin serkenti a SREBP-1 mRNS expresszióját adipocitákban (Kim és mtsai., 1998) és hepatocitákban (Foretz és mtsai., 1999b), és ezt a hatást valószínűleg a foszfatidil-inozitol-3-kináz útvonal közvetíti (Azzout-Marniche és mtsai., 2000). Ezenkívül az inzulin valószínűleg növeli a SREBP-1 transzkripciós aktivációját, függetlenül az mRNS szintjének változásától, MAP-kináz-függő foszforiláción keresztül (Roth és mtsai., 2000). Az inzulinhoz hasonlóan a glükóz is serkenti a SREBP-1 promóter aktivitását és mRNS expresszióját (Hasty és mtsai., 2000). A SREBP-1 nukleáris formájának relatív növekedése szénhidrát-visszatáplálást követően (Horton és mtsai., 1998) arra utal, hogy az inzulin és a glükóz a membránhoz kötött SREBP-1 proteolitikus hasításának aktiválásával szintén stimulálhatja a SREBP-1-függő génátírást. Az inzulin vagy a glükóz közvetlen hatását a SREBP-1 prekurzor proteolitikus hasítására azonban nem sikerült kimutatni (Azzout-Marniche és mtsai., 2000; Hasty és mtsai., 2000).
A többszörösen telítetlen zsírsavak a lipogén gének expresszióját is szabályozzák. A glükózzal és az inzulinnal ellentétben azonban lefelé szabályozzák a génexpressziót. Ezt a hatást a SREBP-1 mRNS expressziójának gátlásával érik el (Kim és mtsai., 1999; Mater és mtsai., 1999; Xu és mtsai., 1999; Yahagi és mtsai., 1999), valamint a SREBP-1 prekurzor proteolitikus feldolgozásának gátlásával (Thewke és mtsai., 1998).
A SREBP-1 egyértelműen kulcsszerepet játszik az inzulin génexpresszióra gyakorolt hatásainak közvetítésében, de valószínűleg nem ez az egyetlen érintett transzkripciós faktor. In vitro vizsgálatok egyértelműen igazolták az upstream stimuláló faktorok (USF-ek) fontosságát a zsírsavszintáz promóterének inzulin általi szabályozásában. Az USF-ek ubiquitikus bHLH-leucin cipzár transzkripciós faktorok, amelyek homo- és/vagy heterodimerként képesek kölcsönhatásba lépni a CANNTG szekvencia E dobozaival (Wang és Sul, 1997). Ilyen E-doboz van jelen a zsírsavszintáz promóterében. Azok a mutációk, amelyek gyengítik az USF1 és USF2 kötődését ehhez az E-dobozhoz, megszüntetik a zsírsavszintáz promóterének inzulinfüggő aktiválódását. Az USF1-et és/vagy USF2-t nélkülöző egerekkel végzett legújabb vizsgálatok nagyon meggyőző bizonyítékot szolgáltattak arra, hogy az USF1 és USF2 részt vesz az inzulin/glükóz zsírsavszintáz expresszióra gyakorolt serkentő hatásának közvetítésében (Casado és mtsai., 1999). Úgy tűnik, hogy az USF-ek és a SREBP-1 hatása additív és független (Latasa és mtsai., 2000). Végül a glükóz szabályozhatja a lipogén gének expresszióját egy szénhidrátválasz transzkripciós faktoron (ChoRF) keresztül, amelyet még nem sikerült klónozni. A célgének, például a piruvát-kináz promóterében specifikus válaszelemeket azonosítottak, amelyek megkötik ezt a transzkripciós faktort (Koo és Towle, 2000).
A zsírszövetben fontos transzkripciós faktor a PPARγ nukleáris hormonreceptor. Nevének ellenére ezt a fehérjét nem a peroxiszóma proliferátorok, hanem a zsírsavak és eikozanoid származékaik, valamint a tiazolidindionok osztályába tartozó gyógyszerek aktiválják (Kersten és mtsai., 2000a). A PPARγ az adipociták differenciálódási programjának része, a pre-adipociták érett zsírsejtekké való differenciálódását indukálja. A mai napig csak korlátozott számú génről ismert, amelyet a PPARγ szabályoz a zsírszövetben. Ezek kódolják az adipocita zsírsavkötő fehérjét, a lipoprotein lipázt, a zsírsavtranszport fehérjét (FATP), az acil-CoA szintetázt, a foszfo-enol-piruvát-karboxikinázt és a koplalás indukálta zsírszöveti faktor FIAF/PPARγ angiopoietinnel rokon PGAR-t (Kersten és mtsai., 2000b; Yoon és mtsai., 2000). Ezen gének azonossága alapján, párosulva azzal a megfigyeléssel, hogy a PPARγ expresszióját az inzulin (Vidal-Puig és mtsai., 1997) és a SREBP-1 (Fajas és mtsai., 1999) serkenti, azt várnánk, hogy a PPARγ-nak nemcsak adipogén, hanem lipogén hatása is van. Ezt támasztják alá a klinikai adatok, amelyek szerint a szintetikus PPARγ-aktivátorokat szedő betegek gyakran híznak (Fuchtenbusch, 2000). Továbbá a heterozigóta PPARγ mutáns egerek magas zsírtartalmú étrend mellett kisebb zsírraktárakat mutatnak (Kubota és mtsai., 1999; Miles és mtsai., 2000). Az indukálható és szövetspecifikus PPARγ knock-out modellek rendkívül informatívak lehetnek a PPARγ érett zsírsejtekben betöltött funkciójának további megismerése szempontjából. Ami a májat illeti, bár a PPARγ normális esetben csak minimálisan expresszálódik a hepatocitákban, a máj trigliceridfelhalmozódása a PPARγ expressziójának drámai növekedésével jár együtt, ami arra utal, hogy a PPARγ szerepet játszhat a lipogenezis serkentésében (Chao és mtsai., 2000).
Összefoglalva, az elmúlt néhány év új adatok özönét hozta a lipogenezis tápanyagok és hormonok általi szabályozásának mechanizmusairól. Ma már egyértelmű, hogy a SREBP-1, és kisebb mértékben az USF1 és USF2 kulcsszerepet játszik a tápanyagok és hormonok lipogén génexpresszióra gyakorolt hatásának közvetítésében a májban. A zsírszövetben egy másik transzkripciós faktor, a PPARγ kritikus szerepet játszik mind az adipogenezis, mind a lipogenezis szabályozásában. A SREBP-1 zsírszövetben betöltött szerepét még nem sikerült egyértelműen meghatározni. Összességében azonban a SREBP-1 és a PPARγ vonzó célpontjaivá váltak az olyan rendellenességek, mint a hipertrigliceridémia és az elhízás gyógyszeres beavatkozásának.