Regolazione trascrizionale della lipogenesi
Le prove raccolte negli ultimi anni indicano che gli effetti di vari nutrienti e ormoni sull’espressione dei geni lipogenici sono mediati dalle SREBPs (Hua et al., 1993; Tontonoz et al., 1993; Yokoyama et al., 1993). Le SREBPs sono fattori di trascrizione che regolano l’espressione dei geni legati al metabolismo del colesterolo e degli acidi grassi. Appartengono al gruppo dei fattori di trascrizione basic helix-loop-helix (bHLH)-leucine zipper, e possono essere separati in tre tipi: SREBP-2, SREBP-1a e SREBP-1c (chiamato anche ADD1). SREBP-1a e -1c, di cui SREBP-1c è considerato il più fisiologicamente rilevante, sono prodotti di un unico gene che differiscono nel loro primo esone. Dalla sua scoperta nel 1993, il modo d’azione molecolare di SREBP-2 è stato molto ben caratterizzato. Quando i livelli di colesterolo libero nella cellula sono alti, SREBP-2 è presente come un grande precursore immaturo legato al reticolo endoplasmatico. Quando la concentrazione cellulare di colesterolo diminuisce, la molecola precursore viene scissa proteoliticamente per rilasciare un frammento maturo che si trasferisce nel nucleo. Nel nucleo, la SREBP-2 matura si lega a un cosiddetto elemento di risposta sterolica nella regione promotrice dei geni bersaglio e quindi attiva la loro trascrizione.
Studi su topi transgenici che sovraesprimono la SREBP-2 nel fegato hanno suggerito che la SREBP-2 stimola l’espressione dei geni coinvolti nel metabolismo del colesterolo, come il recettore delle LDL, la farnesil pirofosfato sintasi e la HMG-CoA reduttasi. È interessante notare che nei topi che sovraesprimono SREBP-1a o SREBP-1c nel fegato, è stato osservato un drammatico accumulo di trigliceridi epatici ed elevati livelli di espressione dei geni lipogenici. Questo ha portato alla conclusione che SREBP-1 attiva i geni connessi con la lipogenesi nel fegato (rivisto in Horton e Shimomura, 1999).
Sorprendentemente, il fenotipo dei topi SREBP-1 null ha rivelato che SREBP-1 ha probabilmente un ruolo diverso nel tessuto adiposo. In questi topi, la massa del tessuto adiposo non era interessata, né l’espressione del tessuto adiposo della sintasi degli acidi grassi e dell’acetil-CoA carbossilasi (Shimano et al., 1997). Ulteriori prove che suggeriscono un ruolo diverso di SREBP-1 nel tessuto adiposo sono venuti da studi con topi transgenici che esprimono SREBP-1c sotto il controllo del promotore aP2 (per una sovraespressione specifica del tessuto adiposo). Nel tessuto adiposo bianco di questi topi, l’espressione dei geni implicati nel metabolismo del colesterolo era marcatamente elevata, mentre l’espressione dei geni implicati nella sintesi degli acidi grassi e dei trigliceridi rimaneva invariata (Shimomura et al., 1998). Un’osservazione ancora più sorprendente e controintuitiva in questi topi era che la loro massa di tessuto adiposo era ridotta a meno della metà di quella dei topi wild-type. La spiegazione dietro la diminuzione della massa grassa rimane elusiva, ma potrebbe essere legata alla diminuzione dell’espressione dei fattori di trascrizione adipogenici del recettore γ del proliferatore attivato del perossisoma (PPARγ) e della proteina legante il potenziatore CCAAT (C/EBPα). Nel complesso, questi dati suggeriscono che i ruoli di SREBP-1 nel fegato e nel tessuto adiposo possono differire.
Si sta facendo sempre più evidente che l’induzione dell’espressione genica lipogenica nel fegato da parte di insulina e glucosio è mediata da SREBP-1. Infatti, i topi SREBP-1 null mostrano un’alterata up-regulation dell’espressione genica lipogenica su un protocollo di digiuno/alimentazione (Shimano et al., 1999). L’insulina e il glucosio influenzano l’attività trascrizionale di SREBP-1 attraverso diversi meccanismi. In primo luogo, è stato dimostrato che l’insulina stimola l’espressione dell’mRNA di SREBP-1 negli adipociti (Kim et al., 1998) e negli epatociti (Foretz et al., 1999b), un effetto che è probabilmente mediato dalla via della fosfatidilinositolo 3-chinasi (Azzout-Marniche et al., 2000). Inoltre, l’insulina probabilmente aumenta l’attivazione trascrizionale di SREBP-1, indipendentemente dai cambiamenti nei suoi livelli di mRNA, attraverso la fosforilazione MAP-chinasi-dipendente (Roth et al., 2000). Come l’insulina, il glucosio stimola l’attività del promotore di SREBP-1 e l’espressione dell’mRNA (Hasty et al., 2000). L’aumento relativo della forma nucleare di SREBP-1 dopo il refeeding da carboidrati (Horton et al., 1998) suggerisce che l’insulina e il glucosio possono anche stimolare la trascrizione genica SREBP-1-dipendente attivando la scissione proteolitica della SREBP-1 legata alla membrana. Tuttavia, un effetto diretto dell’insulina o del glucosio sulla scissione proteolitica del precursore SREBP-1 non potrebbe essere dimostrato (Azzout-Marniche et al., 2000; Hasty et al., 2000).
Gli acidi grassi polinsaturi regolano anche l’espressione dei geni lipogenici. Tuttavia, in contrasto con il glucosio e l’insulina, essi down-regolano l’espressione dei geni. Questo effetto si ottiene inibendo l’espressione dell’mRNA di SREBP-1 (Kim et al., 1999; Mater et al., 1999; Xu et al., 1999; Yahagi et al., 1999), così come inibendo l’elaborazione proteolitica del precursore SREBP-1 (Thewke et al., 1998).
SREBP-1 gioca chiaramente un ruolo centrale nel mediare gli effetti dell’insulina sull’espressione genica, ma probabilmente non è l’unico fattore di trascrizione coinvolto. Studi in vitro hanno chiaramente stabilito l’importanza dei fattori stimolatori a monte (USF) nella regolazione del promotore dell’acido grasso sintasi da parte dell’insulina. Gli USF sono fattori di trascrizione ubiquitari bHLH-leucine zipper che sono in grado di interagire come omo- e/o eterodimeri con le caselle E della sequenza CANNTG (Wang e Sul, 1997). Tale E box è presente nel promotore della sintasi degli acidi grassi. Mutazioni che indeboliscono il legame di USF1 e USF2 a questa casella E aboliscono l’attivazione insulino-dipendente del promotore dell’acido grasso sintasi. Studi recenti con topi privi di USF1 e/o USF2 hanno fornito prove molto convincenti che USF1 e USF2 sono coinvolti nella mediazione dell’effetto stimolatorio dell’insulina/glucosio sull’espressione dell’acido grasso sintasi (Casado et al., 1999). Gli effetti di USF e SREBP-1 sembrano essere additivi e indipendenti (Latasa et al., 2000). Infine, il glucosio può regolare l’espressione dei geni lipogenici attraverso un fattore di trascrizione di risposta ai carboidrati (ChoRF), che deve ancora essere clonato. Elementi di risposta specifici che legano questo fattore di trascrizione sono stati identificati nel promotore di geni target, come la piruvato chinasi (Koo e Towle, 2000).
Un importante fattore di trascrizione nel tessuto adiposo è il recettore ormonale nucleare PPARγ. Nonostante il suo nome, questa proteina non è attivata dai proliferatori del perossisoma ma dagli acidi grassi e dai loro derivati eicosanoidi, così come dai farmaci della classe dei tiazolidinedioni (Kersten et al., 2000a). PPARγ fa parte del programma di differenziazione degli adipociti, inducendo la differenziazione dei pre-adipociti in cellule grasse mature. Ad oggi, solo un numero limitato di geni sono noti per essere regolati da PPARγ nel tessuto adiposo. Questi codificano la proteina legante gli acidi grassi degli adipociti, la lipoproteina lipasi, la proteina di trasporto degli acidi grassi (FATP), l’acil-CoA sintetasi, la fosfo-enolo piruvato carbossichinasi e il fattore adiposo indotto dal digiuno FIAF/PPARγ legato all’angiopoietina PGAR (Kersten et al., 2000b; Yoon et al., 2000). Sulla base delle identità di questi geni, insieme all’osservazione che l’espressione di PPARγ è stimolata dall’insulina (Vidal-Puig et al., 1997) e da SREBP-1 (Fajas et al., 1999), ci si aspetta che PPARγ abbia non solo un effetto adipogenico, ma anche un effetto lipogenico. Questo è supportato da dati clinici, che mostrano che i pazienti che assumono attivatori sintetici di PPARγ aumentano frequentemente di peso (Fuchtenbusch, 2000). Inoltre, i topi eterozigoti PPARγ mutanti mostrano minori depositi di grasso con una dieta ad alto contenuto di grassi (Kubota et al., 1999; Miles et al., 2000). Modelli knock-out PPARγ induttivi e tessuto-specifici dovrebbero essere altamente informativi in termini di ottenere ulteriori informazioni sulla funzione di PPARγ nelle cellule grasse mature. Per quanto riguarda il fegato, anche se PPARγ è normalmente espresso solo in minima parte negli epatociti, l’accumulo epatico di trigliceridi è associato a un drammatico aumento dell’espressione di PPARγ, suggerendo che PPARγ può svolgere un ruolo nello stimolare la lipogenesi (Chao et al., 2000).
In conclusione, gli ultimi anni hanno portato un diluvio di nuovi dati sui meccanismi di regolazione della lipogenesi da parte di nutrienti e ormoni. È ormai chiaro che SREBP-1, e in misura minore USF1 e USF2, giocano un ruolo fondamentale nel mediare gli effetti dei nutrienti e degli ormoni sull’espressione genica lipogenica nel fegato. Nel tessuto adiposo, un altro fattore di trascrizione, PPARγ, è fondamentale per la regolazione sia dell’adipogenesi che della lipogenesi. Il ruolo che SREBP-1 gioca nel tessuto adiposo deve ancora essere chiaramente definito. Nel complesso, tuttavia, SREBP-1 e PPARγ sono diventati obiettivi attraenti per interventi farmaceutici di disturbi come l’ipertrigliceridemia e l’obesità.