TY  - GEN
Y1  - 2012///
TI  - Intrazelluläre Kanalisierung von Fettsäuren durch Acyl-CoA-Synthetasen
N2  - Acyl-CoA-Synthetasen sind essentielle Enzyme des Lipidstoffwechsels, welche Fettsäuren durch Thioesterifizierung mit Coenzym A aktivieren und sie somit für den nachfolgenden Stoffwechsel verfügbar machen. Säugetiere besitzen 13 Acyl-CoA-Synthetasen mit einer Spezifität für langkettige Fettsäuren, von denen mehrere Enzyme simultan auf unterschiedlichen subzellulären Organellen exprimiert werden. Basierend auf der funktionellen Redundanz aller Acyl-CoA-Synthetasen bei Vorliegen unterschiedlicher subzellulärer Lokalisierungen wurde die Kanalisierungshypothese formuliert. Diese postuliert, dass die Lokalisierung der Acyl-CoA-Synthetasen auf unterschiedlichen subzellulären Organellen die metabolische Richtung der aktivierten Fettsäure beeinflusst. Auch die unterschiedlichen gewebespezifische Expressionen, Substratspezifitäten und Regulationen lassen spezielle Funktionen der einzelnen Enzyme vermuten.  Durch Überexpression der Acyl-CoA-Synthetasen FATP4 und ACSL4 im Zellkultursystem wurde diese Hypothese unter Anwendung von biochemischen Methoden, insbesondere der Dünnschichtchromatographie, untersucht. Drei verschieden lokalisierte ACSL4-Proteine wurden verwendet, die sich durch unterschiedliche N-Termini auszeichneten, welche die Enzymaktivität nicht beeinflussten. In diesem System wurden die Auswirkungen der unterschiedlichen Lokalisierung desselben Enzyms auf den Lipidmetabolismus der aktivierten Fettsäure untersucht. Die Überexpression von FATP4 und ACSL4 steigerte die Fettsäureaufnahme. Für FATP4 wurde in C2C12- und HEK293-Zellen gezeigt, dass markiertes exogenes Oleat bereits innerhalb von Minuten in Triacylglycerin gespeichert wurde. Diese Stoffwechselrichtung zeigte sich auch nach drei Stunden, so dass die Menge markierter Neutrallipide in den FATP4.HEK293 auf das 3,2-fache stieg während die Menge der Phospholipide nur auf das 1,3-fache stieg. Verglichen dazu konnte nach Überexpression der ACSL4-Proteine in COS-Zellen gezeigt werden, dass zusätzlich aufgenommenes Arachidonat in bestimmten Phospholipiden gebunden wurde, so dass die Anteile des Phosphatidylcholins sowie des Phosphatidylinositols um bis zu 50 % anstiegen. Die unterschiedliche Metabolisierung von durch FATP4 und ACSL4 aktivierten Fettsäuren zeigt, dass die Art der Acyl-CoA-Synthetase die Richtung des Stoffwechsels der aufgenommenen Fettsäure beeinflusst. Nach Überexpression der ACSL4-Proteine auf unterschiedlichen subzellulären Organellen wurden lokalisierungsspezifische Effekte beobachtet. So wurde die Inkorporierung von aktiviertem Arachidonat in Phosphatidylcholin durch das ACSL4 der Plasmamembran und des Cytosols gegenüber dem ER-ständigen M-ACSL4 und dem Mito-ACSL4 am stärksten erhöht, während ACSL4 die Fettsäureoxidation nicht steigern konnte. M-ACSL4 und Mito-ACSL4 hingegen steigerten die Arachidonatoxidation um 58 % und 40 %. In M-ACSL4 überexprimierenden Zellen war ein um mehr als 30 % erhöhter Phosphatidylinositolanteil gegenüber Mito-ACSL4 überexprimierenden Zellen auffällig. Folglich scheint das ER-ständige M-ACSL4 gezielt Arachidonat für die Synthese von Phosphatidylinositol zu aktivieren. Zusätzlich wurden in M-ACSL4 überexprimierenden Zellen ein erhöhter Anteil an Diacylglycerin und ein verminderter Anteil an Cholesterinestern gegenüber Mito-ACSL4 überexprimierenden Zellen nachgewiesen.  Die erhöhten Anteile an Phosphatidylinositol und Phosphatidylcholin deuten auf eine Speicherung von Arachidonat in diesen Lipiden hin. Durch die Aktivität der Phospholipase A2 kann Arachidonat freigesetzt und für die Synthese proinflammatorischer Eicosanoide verwendet werden. Der auffällig höhere Phosphatidylinositolanteil in M-ACSL4 gegenüber Mito-ACSL4 exprimierenden Zellen könnte zudem auf eine spezielle Funktion von Phosphatidylinositol in den neuronalen Geweben hindeuten, in welchen M-ACSL4 nativ exprimiert wird. Als ursächlich für die erhöhten Anteile der Cholesterinester in den Mito-ACSL4 überexprimierenden Zellen gegenüber den M-ACSL4 überexprimierenden Zellen wird die Lokalisierung der Acyl-CoA:Cholesterin-Acyltransferase in der Mitochondrien-assoziierten Membran angenommen. Durch die räumliche Nähe von Mitochondrien und Endoplasmatischem Retikulum kann das durch Mito-ACSL4 aktivierte Arachidonat für die Synthese von Cholesterinestern verwendet werden.  Abschließend wurde die unterschiedliche Inkorporierung verschiedener exogener markierter Fettsäuren, des Acetats und der daraus de novo synthetisierten Fettsäuren in die zellulären Lipide gezeigt. So wurden nach Inkubation der Zellen mit markiertem Acetat bis zu 20 % mehr markierte Phospholipide gebildet als nach Markierung der Zellen mit Fettsäuren. Markiertes Oleat wurde gegenüber Arachidonat vermehrt zu Phosphatidylcholin und weniger zu Triacylglycerin umgesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Richtung des Fettsäurestoffwechsels von der Art der verwendeten Fettsäure, von der spezifischen Acyl-CoA-Synthetase und deren Lokalisierung beeinflusst wird.
ID  - heidok13163
AV  - public
A1  - Küch, Eva-Maria
KW  - Acyl-CoA-Synthetasen 
KW  -  ZellbiologieLipidmetabolism 
KW  -  Acyl-CoA synthetases 
KW  -  Cell biology
UR  - https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/13163/
ER  -