måndag 13 april 2009

Kolesteroli, konneksiini ja sydänlihassolu

Sydänlihaksen tärkeä kriittinen kanavarakennelma konneksiini43 vaikuttuu hyperkolesterolemiasta.

Tämä osoitettiin koe-eläimestä. Hyperkolesterolemia vaikutti sekä sähköisiin ominaisuuksiin että mekaanisiin ominaisuuksiin sydänlihaksessa.

Koska gap-junktiot(GJ), aukkoliitokset, ovat essentielli elektromekaaninen kytkentäverkosto kautta sydämen, tutkijat halusivat ottaa selvää konneksiini43:n (Cx43) ajallisesta esiintymästä, sydämen supistusfunktiosta ja johtumisnopeudesta- ja miten nämä kolme seikkaa korreloi keskenään.

Kun kolesteroli nousi, niin konneksiini43 pitoisuus laski kardiomyosyytissä, sydänlihassolussa. Jo 12 viikon aikana konneksiini43 pitoisuudet laskivat 60% oikein makoisalla kolesterolia kohottavalla dieetillä.
Lisäksi Cx43- konneksiinit alkoivat sijoittautua eri tavalla solun lateraalisessa kalvossa.

Kun konneksiinit laskivat, lisääntyi niitten Cx4 mRNA ja fosforyloitunut c-Jun N-terminaalinen kinaasi.

Kaiken kaikkiaan sydämen sisäinen myokardiaalinen supistus
heikenty
i ja kammioitten systolinen suorituskyky väheni.
Johtuminenkin huononi.

Jos dieetti muutettiin 18 viikoksi, havaittiin supistumisparametrien ja Cx43 proteiinin esiintymisen vielä toipuvan ennalleen. Näistä tutkimuksista kävi ilmi, että kriittinen Cx43 on mitä selkeämmin osallisena sydämen supistustoiminnan häiriöissä ja rytmihäiriöisä.

Kommentti:
Voisi myös sanoa, että varhainen hyperkolesterolemian diagnoosi voi olla tärkeä, koska tilanne sydämen funktion kannalta näyttää – koe-eläimistä päätellen- olevan palautuva, jopa näitten herkästi iän mukana vaurioituvien ja denegeroituvien Cx43 konneksiinien osalta. Näyttää siltä, että joka ikä kannattaa pitää kolesterolistaan huolta, koska varsinkin tämä konneksiini vikuuntuu iän mukana.

LÄHDE: Lin LC, Wu CC. Downregulated myocardial connexin 43 and suppressed contractility in rabbits subjected to a cholesterol-enriched diet. Lab Invest. 2005 Oct;85(10):1224-37.

söndag 12 april 2009

Statiini, prenylaation estäminen ja Alzheimerin tauti

Hakusanana:
APP, Abeeta ja Rab-proteiinin prenylaatio; Prenylation inhibition

LÄHDE 1. Vuodelta 2007

Ostrowski SM, Wilkinson BL,Statins reduce amyloid-beta production through inhibition of protein isoprenylation. J Biol Chem. 2007 Sep 14;282(37):26832-44. Epub 2007 Jul 23
www.jbc.org/cgi/content/abstract/282/37/26832

On epidemiologista näyttöä siitä, että pitkäaikainen HMG-CoA-reduktaasin estäjän käyttö siis statiinin käyttö, vähentää riskiä Alzheimerin taudin kehittymisestä.
(HMG-CoA reductaasi inhibitor = hydroxymethylglutaryl-CoA reductase inhibitors = statins)
Mutta kuitenkaan statiinivälitteinen protektio AD-tautia vastaan ei ole täydellisesti selitettävissä vain kolesterolipitoisuuksia alentavista vaikutuksista.

Kolesterolia alentavien vaikutusten lisäksi statiineilla on pleiotrooppisia vaikutuksia (pleiotropic actions ) ja nämä vaikuttavat alentamalla aineenvaihdunnallisten isoprenoidivälituotteiden pitoisuuksia. Näitä ovat geranylgeranyylipyrofosfaatit (GGPP) ja farnesyylipyrofosfaatit FPP.

GGPP= geranylgeranyl pyrophosphate
FPP= farnesyl pyrophosphate.

Pienten G-proteiinien perhe kuten Rho-ja Rab-perhe ( Ras- superperheestä) vaatii posttranslationaalisena modifikaationa prenylaation eli isoprenoidisten yksikköjen liittämisen C-terminaaliseen kohtaansa, jotta niistä tulisi esiin GTPaasi-funktiota.

On tutkittu neuroblastomasoluja ja kun niitä käsiteltiin statiineilla, niissä estyi Rho ja Rab- proteiinien kohdentuminen kalvoon ( =membrane localization) aivan niinkin matalilla statiinipitoisuuksilla kuin 200 nm, eikä tässä vaikuttunut mitenkään solun kolesterolin pitoisuus.

Tässä tutkimuksiessa osoitetaan ensimmäistä kertaa, että matalat, mutta fysiologisesti kuitenkin relevantit annokset statiinia estävät ensisijassa GTPaasien alaluokan isoprenyloitumisia.

ESIM: AD-taudille patognomonisesti amyloidiprekursoriproteiini (APP) hajoittuu proteolyyttisesti siten, että siitä generoituu (pahaa molekyyliä) beeta-amyloidia ( Abeta), joka on pääasiallinen komponetti AD taudin seniileissä plakeissa. Normaalisti ei muodostu Abeetaa, vaan APP hajoaa toisella tavalla olemattomiin jättämättä kertyvää massaa.

Tutkijat osoittavat, että jos proteiinin isoprenylaatiota estetään statiineilla, seuraa APP- proteiinimaterian akkumulaatio solussa, solun sisässä, koska Rab-perheen proteiinit , jotka kuljettavat rakkuloita kalvoon, estyvät.

Lisäksi, koska Rho-perheen proteiinien funktio myös estyy, vähene APP proteiinin -terminaaliset ( hankalat) fragmentit, koska lysosomeista riippuva hajoittaminen lisääntyy ( Asia ikäänkuin sulatetaan solun sisässä lysosomin vahvoilla entsyymeillä ilman, että kalvo häiriytyy)

Täten statiinin vaikuttama prenylaation inhibitio johtaa vähentyneeseen Abeeta-eritykseen eli kliinisen taudin aiheuttajaa muodostuu vähemmän.

Yhteenvetona: tutkijat osoittavat, että statiinit estävät selektiivisesti GTPaasin isoprenylaation kliinisesti relevanteissa lääkeannoksissa ja tämä johtaa alentuneeseen Abeeta tuottoon isoprenoideista riippuvalla tavalla .

Tämä tutkimus luo valoa siihen mekanismiin, mikä on takana statiinien AD- patogeenisyyttä vähentävässä vaikutuksessa.

LÄHDE 2. Vuodelta 2005
Cordle A, Koenigsknecht-Talboo J, Mechanisms of statin-mediated inhibition of small G-protein function. J Biol Chem. 2005 Oct 7;280(40):34202-9. Epub 2005 Aug 4.

HMG-CoA reduktaasien (= statiinien) on raportoitu alentavan Alzheimerin taudin riskiä. Nämä tutkijat ovat osoittaneet aiemmin, että statiinit estävät abeetan eli beta-amyloidin tulehduksellisen vasteen riippumatta kolesterolia alentavasta vaikutuksesta. Statiinit vaikuttavat anti-inflammatorisesti varsinkin estämällä Rho-proteiiniperheen ( pienten GTPaasien) prenylaatiota, joilloin nämä GTPaasit inaktivoituvat.

Tutkijat raportoivat myös mikogliakudoksesta, että Rho-perheen GTPaasien estäminen häiritsee mikrogliasolun sytoskeletonia ja vaikuttaa morfologisia muutoksia.

Mutta statiinit blokeeraavat Abeeta-proteiinin stimuloiman fagosytoosin estämällä Rac- funktion.

Paradoksisesti statiinien välittämä pienten G-proteiinien funktion inaktivoiminen liittyi Rac ja RhoA proteiinien lisääntyneeseen GTP-lataantumiseen ja tämä vaikutus oli havaittavissa myeloisen linjan soluissa ja muissa solutyypeissä.

Statiinikäsittely keskeytti Rac- interaktion negatiiviseen säätelijäänsä RhoGDI. Tämä interaktio taas on riippuvainen isoprenylaatiosta.
(Rho guanine nucleotide dissociation inhibitor; RhoGDI)

Tutkijat olettavat, että negatiivisen säädön puute heijastuu GTP:n latautumisena.

Rac-isoprenylaatiota vaaditaan myös tehokkaaseen interaktioon plasmamembraanin kanssa. He ovat sitä mieltä, että statiinihoito alentaa vahvasti Rac- proteiinin kapasiteettia asettua interaktioon kalvojen kanssa. Näistä tuloksista päätellään se mekanismi, jolla statiinit estävät RhoGTPaasien vaikutuksetn ja miedontavat Abeetan stimuloiman tulehduksen.

Kts rac- family ( Rho perhettä)

VIITE: http://en.wikipedia.org/wiki/Rho_family_of_GTPases
http://www.jbc.org/cgi/content/full/282/37/26832


LÄHDE3.

Khan MA, Gallo RM, Statins impair CD1d-mediated antigen presentation through the inhibition of prenylation. J Immunol. 2009 Apr 15;182(8):4744-5

Statiinien käyttö kolesterolia alentavana lääkkeenä on hyvin laajaa. Statiinit vaikuttavat lisäksi anti-inflammatorisesti ja niiden kohteena on silloin prenylaatiolle välttämättömät entsyymit Prenylaatio taas on tärkeä prosessi useille solufunktioille vitaalien proteiinien aktivaatiossa ja solun sisäisissä kuljetuksissa.

Tässä työssään tutkijat osoittavat, että statiinit tekevät kyvyttömäksi erään kriittisen komponentin luonnollisen immuniteetin ( innate immunity) vasteessa, nimittäin CD1d-välitteisen antigeenin presentaation

Jos lisättiin spesifisiä isoprenylaatioon kuuluvia välituotteita, tämä estoefekti poistui.

Jos taas spesifisesti kohdistettiin niihin entsyymeihin, jotka ovat vastaamassa prenylaatiosta,niiden estovaikutus muistutti samankaltaista estovaikutusta mikä statiineillakin oli CD1d- välitteiseen antigeenin esittämiseen MHC-II molekyyleillä.

Tämä työ osoittaa isoprenylaation tärkeyden antigeenin esittelyn säätelyssä ja viittaa siihen mekanismiin, millä statiinit vähentävät inflammatorista vastetta.

www.inchem.org/documents/ehc/ehc/v212eh07.gi

VIITE CD1

www.pnas.org/content/102/24/8668.full

Prenylaation estäminen

Prenylaatio ja sen estäminen. Prenylation inhibitors= prenylaation estäjät.

Tausta varsinaisten prenylaation inhibiittorien kehittämisen tarpeelle.


Nämä estäjät tulee ryhmitellä aivan eri ryhmäksi, vaikka statiineillä, jotka laskevavat kolesterolipitoisuuksia, onkin matalin annoksin sivuvaikutuksena prenylaation estymisiä.

www.freshpatents.com/Prenylation-inhibitors-and-methods-of-their-synthesis-and-use-dt20070111ptan20070010561.php

Mutta tällä alalla ollaan vasta patenttiluetteloissa. Tässä on tutkijat tehneet inventaariota valmisteista, joista on hyötyä sellaisissa taudeissa, joihin liittyy proteiinien prenylaatio . Samalla luetellaan metodeja, millä proteiinin prenylaatiota voidaan estää ja miten valmisteita syntetisoidaan ja käytetään.

Luokka uusia yhdisteitä, joista on hyötyä proteiinien prenylaatioon liittyvissä taudeissa.

Ras-proteiinit ovat GTP-sitovien (pienten GTPaasi) proteiinien perhettä ja hydrolysoivat proteiineja, jotka säätelevät solujen kasvua ja differentaatiota.

Ras-proteiinien ylituotanto tai mutaatio voi johtaa solun kontrolloimattomaan kasvuun ja sellaisen on osoitettu olevan pahentavana syytekijänä useissa taudeissa kuten syöpä, uudelleen stenosoituminen, psoriaasi, endometrioosi, ateroskleroosi, virus ja hiivatulehdukset ja silmän sarveiskalvon (cornea) neovaskularisaatio.

www.nature.com/nri/journal/v6/n5/images/nri1839-f1.jpg

Ras-proteiinit omaavat yhteisenä piirteenä C-terminaalisen sekvenssin, jota merkitään CAAX-motiiviksi, jossa C tarkoittaa cysteiiniä , A tarkoittaa aminohappoa ja usein tämä on alifaattinen aminohappo. X on alifaattinen aminohappo tai jonkin muun tyypin aminohappo. Näiden proteiinien biologinen aktiviteetti riippuu niiden posttranslationaalisesta modifikaatiosta tähän sekvenssiin ja kyse on isopreenilipidiin liittämisestä, prenylaatiosta.

Jos proteiinilla on C-terminaalineen CAAX- sekvenssi, prenylaatio tapahtuu vähintäin kolmessa askeleessa ja

(1) siinä lisätään joko 15- hiilen farnesyyli (farnesyl) tai 20 hiilen geranylgeranyyli, isoprenoidi Cysteinyyli- tähteeseen

(2) ja samalla pilkotaan erikseen proteolyyttisesti kolme viimeistä aminohappoa C-terminaalista

(3) ja uusi C-terminaalinen karboksylaatti metyloidaan.

(4) Joidenkin proteiinien prenylaatiossa on neljäskin askel ja se on palmitylaatio farnesyloidusta cysteiinistä N-terminaalisesti sijaitseviin yhteen tai kahteen cysteiiniin

Ras-proteiinin kaltaiset proteiinit, joilla on C-terminaalinen motiivi XXCC tai XCXC , voivat myös prenyloitua ja ne prenyloituvat geranylgeranyylillä Cysteinyylitähteesen. Nämä proteiinit eivät tarvitse endoproteolyyttistä prosessoivaa askelta

Kun kuitenkin eräät soluproteiinit, jotka päättyvät XCXC, ovat karboksymetyloituja, ei ole kuitenkaan selvillä , jos karboksymetylaatio seuraa sellaistenkin proteiinien prenylaatiota, joilla on XXCC-motiivi.


Kaikille ras- proteiinien kaltaisille proteiineille on kuitenkin yhteistä, että isoprenoidin lisä on ensimmäinen prenylaatioaskel ja edellytys jatkoaskelille.


Proteiinien prenylaatiota katalysoi kolme entsyymiä.
(1) farnesyl-protein transferase (FPTase),

(2) geranylgeranyl-protein transferase type I (GGPTase-I),

(3) geranylgeranyl-protein transferase type-II (GGPTase-II, jolla on myös nimi Rab GGPTase).

Näitä entsyymejä löytyy niin hiivasta kuin imettäväissoluista.

FPTaasi ja GGPTaasi-I
ovat alpha/beta heterodimeerejä entsyymejä, joilla on samanlainen alfa-alayksikkö ja erilliset beeta-alayksiköt, tosin 30% niillä on aminohappojen samankaltaisuutta.

GGPTaasi II omaa erilaiset alfa ja beeta alayksiköt ja tekee kompleksia kolmannen komponentin kanssa. (REP, Rab Escort Protein), joka esittää proteiinisubstraattia alfa/beeta-katalyyttisille alayksiköille.


Jokainen näistä entsyymeistä käyttää selektiivisesti FPP tai GPP molekyyliä isoprenoidin donorina
FPP= farnesyl diphosphate
GGPP=geranylgeranyl diphosphate

FPTaasi farnesyloi CAAX-motiivin sisältäviä proteiineja, joitten päädyssä on Ser, Met, Cys, Gln tai Ala (S,M,C,Q,A).

GGPTaasi-I geranylgeranyloi CAAX motiivin sisältäviä proteiineja, joiden päädyssä on Leu tai Phe (L, F).

Entsyymeille FPTaasi ja GGPTaasi-I on motiivi CAAX tetrapeptidi se minimaalisin
alue, mikä on vaadittavana edellytyksenä proteiinisubstraatti-interaktioon entsyymin kanssa.

Entsyymi GGPTase-II modifioi motiivin XXCC ja XCXC omaavia proteiineja , mutta sen interaktio proteiinisubstraatin kanssa on komplisoidumpi ja vaatii tunnistamisedellytyksenä muitakin proteiinisekvenssejä kuin C-terminaalisen tetrapeptidin:

Entsymologinen luonnehtiminen näistä kolmesta entsyymistä FPTaasi, GGPTaasi I ja GGPTaasiII viittaa siihen, että on mahdollista selektiivisesti estää vain yhtä näistä entsyymeistä.

GGPTaasi I siirtää geranylgeranyyliryhmän prenyylin luovuttajasta (GGPP) substraattiproteiininCAAX terminaalin cysteiini- aminohappotähteeseen(C).

Tunnettuja GGPTaasi I kohteita ovat aivojen heterotrimeeristen G-proteiinien gamma-alayksiköt ja Ras-superperheen pienet GTP:tä sitovat proteiinit kuten RhoA, RhoB, RhoC, CDC42Hs, Rac1, Rac2, Rap1A ja Rap1B.

Proteiineillä RhoA, RhoB, RhoC, Rac1, Rac2 ja CDC42Hs on tehtävää solun muodon(shape) säätelyssä

Rac ja Rap proteiineilla on osuutta neutrofiilien aktivaatiossa.
Ras-proteiinien kyky vaikuttaa solun muotoon on riippuvainen Rho ja Rac-proteiinien funktiosta.

Koska Rho ja Rac-proteiinit vaativat geranylgeranylaatiota funktiokykyisyyteensä, GGPTaasi I:n estäjäaine ( inhibiittori) voisi blokeerata näiden proteiinien funktiota ja saattaisi olla hyödyllinen esim. syövänvastaisena aineena. Tätä huomiota tukee myös aslettäiset tieteelliset tulokset.

ESIM. GGPTaasi-I inhibiittori voi jarruttaa tuumorisoluja, joilta puuttuu p53 G0/G1 faasista ja estäjä voi aiheuttaa, että akkumuloituu p21 sup.WAP. Tästä voidaan päätellä, että näitä inhibiittoreita voidaan käyttää palauttamaan kasvun pysähdys( growth arrest) sellaisissa soluissa, joista puuttuu funktionaalinen genomin suojelijatekijä p53, jonka tehtävänä on pysäyttää sellainen solu, joka ei ole pätevä solusykliin.

Sellaisissa soluissa, missä FPTaasi on inhiboituna, voidaan GGPTaasi I:lla modifioida erästä muotoa Ras-geeniä, mikä useimmin liittyy ihmisen syöpiin( K-Ras).

Koska geranyyligeranyloitu Ras on raportoitu olevan aivan yhtä tehokas kuin farnesyloitu Ras, kun tutkitaan solun transformaatioita, niin pitäisi kaikissa K-Ras- syövissä antaa hoitona myös GGPTaasiI-inhibiittoria.

Syöpähoidon lisäksi GGPTaasi I inhibiittoreilla saattanee olla käyttöindikaatioita interventiona muissakin patologisissa tiloissa. Näitä ovat esimerkiksi intima-hyperplasia , joka liittyy restenossiin ja ateroskleroosiin.
Keuhkovaltimon sileän lihaksiston lihassolut ovat erityisen herkkiä GGPTaasi I –inhibitiolle ja sellaisten solujen hoitaminen GGPTaasi-inhibiittorilla johti niiden NOS entsyymin superinduktioon IL-1-beta - interleukiinilla.
(iNOS = nducible nitric-oxide synthase (NOS-2). Tämän sieni-entsyymin selektiivinen estäminen vähentäisi soluseinämän integriteettiä , mikä tuhosi sienisoluja.

Lukuisia muita prenylaation inhibiittoreita on tutkittu. Monia on vaikea eristää tai syntetisoida.

Katsotaan, että tämä on elävää tieteen haaraa, ja uusista prenylaation estäjistä ( prenyyli-proteiinitransferaasin estäjistä) on tarvetta.

(Inventaarion summana myös luetellaan rakenteeltaan näitä molekyylejä)

http://arthritis-research.com/content/figures/ar604-3-l.jpg
7.4.2009 16:36

onsdag 8 april 2009

Statiini, prenyyli, PI3K

Prenylaation ja Fosfoinositidijärjestelmän (PI)(ents.) suhteista ja STATIINISTA

Prenylaatiojärjestelmän alueella on tärkeä energiapakkaus GTP.
Fosfoinositidien energiajärjestelmässä taas on ATP/cAMP merkityksestä , myös CTP on olennainen.
Asiasta näyttää olevan uutta tietoa. (Maeda and Horiuchi) lähinnä SIMVASTATIININ osuudesta tässä kentässä.

Simvastatiini vaimentaa leptiinin expressiota eräissä adiposyyteissä ( 3T3-L1 adipocytes) aktivoimalla syklisenAMP-PKA tien, joka indusoituu proteiinin prenylaation estyessä.

Simvastatin suppresses leptin expression in 3T3-L1 adipocytes
via activation of the cyclic AMP-PKA pathway,
induced by inhibition of protein prenylation


SIMVASTATIINI estää 3-Hydroksi-3- metyyliglutaryylikoentsyymi A(HMG-A) reduktaasia, joka katalysoi HMG-CoA konversiota mevalonaatiksi, mikä on tahtia rajoittava askel kolesterolin synteesissä.

Tutkijat osoittivat, että SIMVASTATIINI pitoisuudessaan 1uM huomattavasti estää adiposyyttien differentiaatiota ( jota voi mitata preadiposyyttisten solujen 3T3-L1 -värjäyksellä). Samalla LEPTIININ-expressio ( LEPTIINI on adiposyyttien erilaistumisen merkitsijä) vaimeni SIMVASTATIINI-pitoisuudella 1 uM soluviljelmässä 12 päivään asti.

Mikä mekanismi oli taustalla, kun SIMVASTATIINI indusoi LEPTIINI- expressiota vähenemään?

Tutkijat käsittelivät nyt erilaistuneita 3T3-L1 adiposyyttejä
erilaisilla inhibiittoreilla
mevalonaatilla tai sen metaboliiteilla,
SIMVASTATIININ ollessa läsnä tai ilman SIMVASTATIINIA.

SIMVASTATIINI ajasta ja annoksesta riippuvalla tavalla vaimensi LEPTIINI mRNA-expressiota. Heterogeeninen nukleaarinen RNA, leptiini mRNA-linjasta, estyi 10 uM-pitoisella SIMVASTATIINILLA , kun taas mRNA stabiliteetti ei ollut muuttunut simvastatiinikäsittelystä transkriptio-pysähdytetyissä 3T3-L1-soluissa.

LEPTIINI-geenitranskription SIMVASTATIINI-peräinen -inhibitio ei kumoutunut esikäsiteltäessä proteiinisynteesin inhibiittorilla (cykloheximidillä).

Jos lisättiin mevalonaattia tai geranylgeranylpyrofosfaattia(GGPP), joka on mevalonaatin metaboliitti, poistui SIMVASTATIININ indusoima leptiiniexpression estymä näistä 3T3-L1 soluista.

(Prenylaation estäjän vaikutus)
Expression vaimenema oli havaittavissa, kun lisättiin GGTI-298 ( geranyyligeranyyli -transferaasi I entsyymin inhibiittoria), mutta sellaista vaimenemaa ei havaittu FTI-227 farnesyylitransferaaasin estäjää käytettäessä.

Jos käsiteltiin PI3K entsyymin estäjillä (fosfatidyyli-inositoli-3-kinaasi-inhibiittoreilla) joita on LY294002 ja wortmannin, väheni leptiinin expressio näissä 3T3-L1 soluissa.

SIMVASTATIINI annoksesta riippuvalla tavalla lisäsi solunsisäistä cAMP pitoisuutta 3T3-L1 soluissa ja maksimaalinen stimulaatio saatiin 10uM pitoisuudella.

GGPP lisääminen poisti SIMVASTATIININ indusoiman cAMP-kertymän –stimulaation ja PKA aktiivisuuden stimulaation.

H89, joka on PKA-estäjä, poisti täydellisesti simvastatiinin indusoiman LEPTIINI-expression vaimeneman.

Nämä tulokset viittaavat siihen, että SIMVASTATIINI vähensi geranylgeranyyliproteiinin prenylaatiota ja sitä seurasi PI3K deaktivaatio, mikä johti cAMP akkumulaatioon ja sitä seuraavaan PKA-aktivaatioon differentioituneissa 3T3-L1 adiposyyteissä.

Lopuksi PKA esti LEPTIINI-geenin transkription niin, että uutta proteiinia ei syntetisoitunut.


Reference List

Maeda, T. and N. Horiuchi. "Simvastatin suppresses leptin expression in 3T3-L1 adipocytes via activation of the cyclic AMP-PKA pathway induced by inhibition of protein prenylation." J.Biochem. (2009).

måndag 6 april 2009

Prenylaatio Geranylgeranylaatio. Rab-proteiinit

Rab- proteiini vaatii prenyloitumista, geranylgeranylaation.

Se kuuluu Ras- superperheesen, jotka ovat pienien GTPaasien superperhe.
Small GTPase > Ras superfamily

Niitä ovat
Ras Rab (Rab27) • Arf (Arf6) • RanRhebRho family (RhoA, RhoB, CDC42, Rac1) • Rap

I

Rab- SIGNALOINNISSA ON OLENNAISTA seuraavat tapahtumat
.

http://www.biolcell.org/boc/099/0001/boc0990001f05.htm?resolution=HIGH

Rab-GTPaasien kohdentaminen effektoriproteiinille( vaikuttajaproteiinille)

(1) Rab GTPaasit voivat geranylgeranyloitua kahteen kysteiinitähteeseen (Cys) ja aivan samalla tavalla kuin Rho-GTPaasit, ne voivat olla sytosolissa GDI-sitoutuneena ( GDI on GDP-erkanemisen estäjä , (GDP-dissociation inhibitor) ja sitoo prenyyliryhmiä inaktiivista GDP-sitoutuneesta Rab- molekyylistä. (GDI sitoo vain inaktiivia Rab- muotoa))

(2) Rab-proteiinit voivat muodostaa trimeeri-kompleksin, jossa on Rab, GDI ja kalvoon liittynyt GEF. Tätä kompleksiliittymää voi välittää Rab-proteiinin hypervariaabeli domeeni.

(3) Kun sitoutumista tapahtuu, Rab-proteiinin prenyylisivukejtu siirtyy GEF:molekyyliin päin. GDP/GTP-vaihtumistekijä ( exchange factor)= GEF katalysoi konversiota GDP-muodosta GTP-muotoon.

(4) Samalla kun Rab aktivoituu, erkanee GDI molekyyli ja Rab- prenyyli vetäytyy siitä pois.

(5) Kun GDI on irronnut , niin( aktiivimuoto) GTPaasi on siten esillä että se voi sitoutua GEF:ään ja effektoriproteiiniin, jolloin on muodostunut aktiivi Rab- signalointikompleksi. plasmakalvolla. (Rab-effektori sitoo ainoastaan aktiivia GTP Rab muotoa).

II

Eräs toinen lähde mainitsee sivumennen, että Rab- proteiini geranylgeranyloituu ja että farnesylaation estäjä FTI estää myös geranylgeranylaatiota.

Proteiinin prenylaatiosta ( farnesylaatiosta ) . Sovellutusta normaaliin fysiologiaan, maligniin transformaatioon ja syöpäterapiaan. Farnesyylitransferaasin inhibio (FTI) voi ulottua geranylgeranyylitransferaasin inhibitioon.

LÄHDE: Saïd M. Sebti Protein farnesylation: Implications for normal physiology, malignant transformation, and cancer therapy
Cancer Cell, Volume 7, Issue 4, 297-300, 1 April 2005
http://www.cell.com/cancer-cell/abstract/S1535-6108(05)00101-7

PROTEIININ FARNESYLAATIO on isoprenoidirakenteen, lipidin lisääminen posttranslationaalisena modifikaationa, mikä vaaditaan syöpää aiheuttavaan proteiiniaktiivisuuteen kuten Ras-GTPaasi toimintaan.

Vaikka FARNESYYLITRANSFERAASIN ESTÄJIÄ (inhibiittorieta, FTI) on jo kliinisessä kokeilussa niiden vaikutusmekanismi ja proteiinien farnesylaation osuus normaalissa fysiologiassa oli vielä 2005 aikaan tieteessä osin hämärä seikka.
Tässä viitteen lehdessä Cancer Cell kaksi artikkelia valaisee näitä tärkeitä aihepiirejä:
PROTEIININ FARNESYLAATIO havaittiin essentiaaliksi alkion varhaiselle kehitykselle (embryogeneesi), mutta sitä vailla taas voi aikuisen homeostaasi olla. Toisaalta prenylaatio on taas kriittinen tuumorigreneesin progredioinnille, mutta ei sen alkamiselle.
Lisäksi, Rab geranylgeranyltransferaasi (GGTase)
tunnistettiin muutamien FTI ( farnesyylitransferaasi-inhibiittorien) kohdemolekyylinä
.
Tässä pienessä katsauksessa keskustellaan löytöjen sovellutuksista normaalin fysiologian, malignin transformaation ja syöpä terapian aloilla.

III Rab- proteiinista, pienestä G-proteiinista mainintaa
Lähde Wikipedia
  • Rab

Rab-proteiiniperhe kuuluu Ras-superperheeseen, jonka proteiinit ovat monomeerisiä G-proteiineja.

On löydetty ainakin 70 eri tyyppistä Rab- proteiinia ihmiseltä.
Rab-GTPaasit
  • säätelevät monia kalvokuljetuksen vaiheita ja niihin kuuluu
  • rakkuloitten ( vesicle) muodostuminen
  • rakkuloitten liikkuminen (vesicle movement) pitkin aktiini ja tubuliiniverkkoston kautta
  • kalvofuusio ( membrane fusion).
Nämä prosessit tekevät sen reitin, jonka kautta solun pintaproteiinit (Cell Surface proteins) liikennöivät Golgin laitteesta plasmakalvoon (PM) ja sitten taas tekevät uudelleenkiertoaan ( recycle) .

Pintaproteiinien kierrätys palauttaa sellaisia proteiineja pintaan, joiden funktioon kuuluu kuljettaa jotain toista proteiinia tai substanssia solun sisään, esimerkisi transferriinireseptoria,
tai sitten ne toimivat tietyn tyyppisten pintaproteiinimolekyylien lukumäärän säätelykeinona.

Rab-proteiinit ovat perifeerisiä kalvoproteiineja ja se tarkoittaa, että ne ovat ankkuroituneena kalvoon lipidiryhmällään, joka on kovalenttisesti liittynyt aminohappoon. erityisesti kahteen C-terminaaliseen kysteiiniin.

  • REP
Rab- escort protein, (REP) välittää vastasyntetisoitunutta ja prenyloitunutta Rab-proteiinia päätekohtaansa plasmakalvoon (PL) sitomalla hydrofobisia , liukenemattomia prenyyliryhmiä ja kuljettamalla Rab- proteiinia sytoplasman kautta. Lipidi-prenyyliryhmät voivat kiinnittyä kalvoon ja täten Rab ankkuroituu rakkulan sytoplasmiselle pinnalle tai plasmamembraanin. Koska Rab- proteiinit ovat ankkuroituneina kalvoon taipuvan C-terminaalisen alueen kautta niitten voi ajatella toimivan kuin ”pallo jousen päässä”, 'balloon on a string'.

(Kun on syntynyt uutta Rab- proteiinia, REP-Rab- kompleksi liityy katalyyttiseen dimeeriin Rab GGTaasi ( geranylgeranyltransefraasi) joka siirtää geranyyligeranyyliryhmän GG-PP molekyylistä Rab- proteiinille. Geranyloitunut Rab pysyy liittyneenä REP- eskorttiin ja kuljetetaan johonkin Rab- spesifiseen kohteeseen. Tämä tarkka kuljetus on aivan välttämätöntä alkion kehityksessä, embryogeneesissä).

http://www.retina-international.org/sci-news/gif/protein/reprab1.gif

Kuten muut GTPaasit Rab myös omaa vaihteen ( switch) kahden konformaation( struktuurin) kesken: inaktiivin GDP- ( guanosiinidifosfaattiin) sitoutuneen muodon ja aktiivin GTP- (guanosiinitrifosfaattiin) sitoutuneen muodon välillä.

  • GEF
GDP/GTP-vaihtumistekijä ( exchange factor) CEF katalysoi konversiota GDP-muodosta GTP-muotoon.

  • GAP
GTP ( energisimmän fosfaattimuodon) hydrolysoituminen GDP-muotoon on GAP-katalysoitua. (GAP= GTPase activating protein).

  • REP- kuljettajat kuljettavat vain GDP-sitoutunutta Rab- muotoa.( Kohdeproteiineja ei kaikkia tiedetä).
  • Rab- effektorit ( proteiinit joihin Rab on interaktiossa) ja joiden kautta ne vaikuttavat) sitovat ainostaaan GTP-sitoutunutta Rab- muotoa. Nämä Rab- effektorit ovat hyvin heterogeeninen ryhmä ja jokaisella Rab- isoformillakin on monia effektoreita, joitten kautta ne suorittavat monenlaisia funktioita.

Rab kierrättyy
Sen jälkeen kun Rab on ollut fusoitunut kalvoon, se kierrättyy uudestaan alkuperäiseen membraaniinsa.

  • GDI GDP-erkanemisen estäjä , (GDP-dissociation inhibitor) sitoo prenyyliryhmiä inaktiivista GDP-sitoutunutta Rab- molekyyliä ja estää että se ei pääse aktivoitumaan ( että GDP ei muutu GTP-muotoon) ja johdattaa Rab molekyyliä alkuperäiseen kalvoonsa.

Jos proteiinin prenylaatio on viallinen, seuraa häiriöitä kuten esim chorioidemia

  • Eri tyyppisiä Rab-proteiineja
Rab18
Rab1 (YPT1) ER, Golgin laite
Rab2 ER, cis-Golgin verkosto
Rab3A, eriterakkulat
Rab4, varhaiset endosomit
Rab5, varhaiset endosomit klatriinipäällysteiset rakkulat, plasmakalvo
Rab6, keski-Golgi ja trans-Golgi
Rab7, myöhäinen endosomi
Rab9, myöhäinen endosomi ja trans-Golgi
Rab11, uudelleen kierrättyvä endosomi, lipidipisarat, Golgi, ER
Sec4, eriterakkulat
Muita Rab- proteiineja
Rab6 Rab6a, Rab6b, Rab6c
Rab13
Rab27

lördag 4 april 2009

Proteiinien prenylaatio (Ras/Rho esimerkkinä)

Proteiinin prenylaatio
Esimerkkinä proteiinin prenylaatiosta Ras-superperheen proteiini solusta.

Ras/Rho järjestelmä
Rho-proteiinit kuuluvat Ras-superperheeseen. Ras-superperhe vaatii prenylaation ankkuroituakseen.

Rho-perhe taas on GTPaaseja, joissa GDP-sitoutunut muoto Rho-GDP on inaktiivi ja Rho- GTP-on aktiivi.

Ras-proteiinit alternoivat inaktiivin ja aktiivin muodon välillä, mikä tekee niistä molekyläärisiä vaihteita( switch) signaaliteihin. , jotka koskevat kasvua ja erilaistumista ( differentaatiota).

PRENYLAATIO on prosessi, joka käsittää hydrofobisen isoprenoidiryhmän liittämisen Ras-proteiinin C-terminaaliseen päätyyn. Prenylaatiossa liittyy joko farnesyyli(F) tai geranylgeranyyli(GG) tähde Ras-proteiinin C-terminaaliin. (KTS. kuva missä Ras proteiini on ankkuroitunut plasmakalvon sisäpintaan. Ankkurikohta on tätä isoprenoidia)
http://www.nature.com/nrm/journal/v5/n5/images/nrm1365-f4.jpg
¨
MEVALONAATTI-tie antaa isopreenirakenteita kuten farnesyylipyrofosfaattia FPP ja geranyyligeranyylipyrofosfaattia GGPP ja niistä saadaan F- ja GG- tähde proteiinien prenylaatioihin. Siirtämisen tekevät entsyymit nimeltään prenyylitransferaasit.
Hydrofobi prenyyliryhmä ankkuroi Ras-superperheen proteiineja intrasellulaarisiin kalvoihin siten, että ne voivat translokoitua plasmamembraaneihin.
Lopullinen sijoittautuminen ja fiksoituminen solukalvoon on välttämätön Ras-proteiineille, jotta ne voisivat osallistua lopulliseen spesifiseen interaktioonsa..

STATIINI-lääkeaineet alentavat FPP ja GPP tuottoa ja jatkotuotteita, mitä tulee mevalonaattitiestä tarkoituksella kuroa kolesterolimolekyylin syntymistä. Näin STATIINIT ( riippumatta LDL:stä) vuorovaikuttavat solunsisäisesti Ras-superperheen proteiinien funktioon.
Muun muassa STATIINIT alentavat matrix-metalloproteinaasin MMP-1 ilmenemistä estämällä Rho-järjestelmää.
Jos STATIINI –lääke poistetaan, Rho-GTPaasi-geeni transkriptio vaikuttuu negatiivisella feedback säätelyllä ja nyt esim. endoteliaalisen NO molekyylin tuotto vaimenee.

(HUOM: Tämä Ras/Rho järjestelmä omaa laajan vaikutuskirjon, joka valkenee katsomalla erilaisia karttoja, missä eri signaaliteitä otetaan käsiteltäväksi)

http://www.nature.com/emboj/journal/v20/n4/abs/7593581a.html

Eräs teksti asiasta on tämänlainen:

Ras geeniä sanotaan onkogeeniksi, koska se vaikuttaa tumavälitteisesti monenlaisia muuntumisia, transformaatioita, jotka voivat olla myös maligneja.

Ras-Onkogeenin välittämät transformaatiot vaativat Rho-perheen GTPaasi-funktiota
Ras- transformoiduissa soluissa on kohonnut pitoisuus RhoA-GTP, mikä toimii estämällä solusyklin inhibiittorin p21/Waf1 expressiota (the cell cycle inhibitor p21/Waf1)- siis "estää jarrua toimimasta".

Nämä korkeat Rho-GTP pitoisuudet eivät ole aivan suora seuraamus Ras-signaloinnista, vaan ne valiutuvat esiin vasteena jatkuvalle (sustain) ERK-MAP-kinaasi-signaloinnille.

Kun nyt korkeat Rho-GTP pitoisuudet kontrolloivat p21/Waf pitoisuuksia, ne eivät enää säätelekään aktiini-stressisäikeitten muodostumista transformoituneissa soluissa.

Tutkijat osoittivat, että (onkogeenisen Ras välitteisestä transformaatiosta johtuen ) ERK-MAP-kinaasin jatkuva päälläolo sääti vaimenemaan ROCK1 ja Rho-kinaasit. Nämä ovat kaksi effektoria, jotka vaaditaan aktiini-stressisäikeitten muodostukseen.

Kun nyt Rho-tekijästä riippuva aktiini-stressisäikeitten muodostus on vaimentunut ERK-MAPK signaloinnista, tämä vaikuttaa Ras-transformoituneissa fibroblasteissa lisääntynyttä motiliteettia( liikkuvaisuutta).
ROCK-kohdekinaasin LIM-kinaasin yliesiintymä voi ennallistaa stressisäikeet ja estää Ras-transformoituneitten fibroblastien motiliteetin.

Tässä tutkijat esittävät johtopäätöksenään, että Ras ja Rho signalointiteiden vuorovaikutus edistää sellaisia signalointiteitä, jotka suosivat transformaatioita.

(Rho kinase, a promising drug target for neurological disorders)

Tämä Rho/ROCK/LIM kinaasisignalointitiejärjestelmä on eräs dominoiva signalointijärejestelmä , joka osallistuu tuumoreitten metastoimiseen. Siitä löytyy paljon asiaa internetissä.

http://www.curehunter.com/public/pubmed15026997.do

"Tumoreitten metastoimisessa on olennaista, että syöpäsolu pystyy liikkumaan paikasta toiseen ja invasoitumaan kudoksiin. Tällaisissa metastaattisissa soluissa solujen kiinnittyminen on muuntunut (adheesio) ja niiden liikkuvuuskin, motiliteetti, on muuntunut, kun niitä tutkitaan koeputkissa kemotaktisuutta analysoimalla.

Tässä metastasoinnissa juuri on häiriintynyt Rho/ROCK/LIM kinaasi tie- avainasemassa, sillä se osallistuu normaalisti aktiini-sytoskeletonin säätelyyn.

Eräät tutkijat käyttivät ribozyymikirjastoa(Rz) ja valitsivat summassa erään ROCK-proteiiniin kohdistuvan ribozyymin. Ribozyymi tuota ROCK tekijää vastaan poisti metastaattiset ominaisuudet.

Sitten he halusivat määrittää LIM-kinaasi2- spesifisen ribozyymin vaikutuksen fibrosarkoomasolun metastaattisuuteen ja proliferoituvuuteen. He kohdistivat LIM-kinaasi 2-expressioon ribosyymejä(Rz). Tehokas Rz valikoitiin esiin expressioanalyysiin perustuen. Sitten soluja transfektoitiin Ribozyymillä joka oli spesifisesti tehokas LIMK-2 vastaan ja sitten tutkittiin metastaattiset ja proliferatiiviset ominaisuudet.

Tuloksenaan he sanoivat, että solufenotyyppien analyysit sellaisenaan kuten vaikutus soluproliferaatioon, solumigraatioon ja kolonisoitumisiin, viittaavat siihen , että LIMK-2 expression vaimenema ihmisen fibrosarkoomassa rajoitti solujen migraatiota ja tiiviitten kolonioitten muodostamiskykyä vaikuttamatta solun proliferaatiotahtiin tai elinkykyyn.
Johtopäätös: LIMK-2 spesifisen ribozyymin kohdistaminen tuumorin metastaattisia ja maligneja ominaisuuksia vastaan voi toimia tehokkaana terapiana invasiivisissa tuumoreissa haitan ollessa minimaalista ympäröivissä normaaleissa soluissa.

fredag 3 april 2009

Mevalonaatista dolikolia

MEVALONAATTITIEN MOLEKYYLI DOLIKOLI ( ja kolesteroli)

LÄHDE: Sindelair Pavel J. Hepatic lipase and dolichol esterification. Umeå universitet 1997
ISBN 91-628-2772-3

DOLIKOLI on yksi mevalonaattitien päätetuote, jonka vaikutus on fosfolipidikalvoa destabilisoiva ja permeabiliteettiä lisäävä. Dolikoli on glykoproteiinien (gp) N-linkkiytyneitten oligosakkaridien synteesissä obligatorinen välituote. Dolikoli on rakenteeltaan primääri alkoholi ja siinä on 16-23 kpl isopreeniosia.
Dolikolia esiintyy
vapaana,
monofosforyloituna ( dolikyylifosfaattina, dolichyl-P)
tai rasvahappoesterinä.

Tässä väitöskirjassa tunnistettiin ja luonnehdittiin dolikolin esteröitymisessä mukana olevia entsyymejä ja täten hankittiin tietoa tämän lipidin mahdollisista funktioista.
Koe-eläimessä 2% dolikoli-liposomi-infuusio vaikutti dolikolin esteröitymisen verenkierrossa. Liposomi oli tavallisista lesitiineistä ja kefaliineista tehty. Hepariini lisäsi dolikolin esteröitymistä rasvahappoon: Jos koe-eläin oli edeltä heparinisoitu, esterinmuodostus lisääntyi vahvasti.Tästä pääteltiin, että plasman hepariinilla on kykyä vapauttaa jotain entsyymiä. Osoitettiin kuitenkin, että LCAT entsyymi se ei ollut Myös heparinisaation jälkeenkin oli plasmalla aktiviteettia dolikolin asyloimiseen eli rasvahapon lisäämiseen dolikolimolekyyliin.

Entsyymi osoittautui dolikoli- transasylaasiksi, joka otti rasvahapon lähinnä fosfolipidilajeista PE ja PS ( kefaliini ja fosfatidylseriini). Fosfolipidien glyseryylitumasta vain sn1-aseman rasvahappo tuli käytetyksi transasylaatioon, joka taas käytti dolikolimolekyyliä, mutta EI kolesteroli tai retinolimolekyyliä.

Dolikoli-trans-asylaasi (Mp. 61 kD) osoittautui samaksi kuin hepaattinen lipaasi. Hepaattisen lipaasin katalysoimaa dolikolin esteröitymistä rasvahappoon stimuloi vahvasti plasmassa oleva ko-faktori, joka muutti pH-optimia happamemmaksi.(pH arvoon 7,5) Tämä kofaktori on assosioitunut HDL:ään. Lipoproteiinittomasta HDL-fraktiosta puhdistettu kofaktori osoittautui olevan apoA-IV. Apo A-IV stimuloi vahvasti fosfolipidien hydrolyysiä ja esti täydellisesti triglyseridien hydrolyysin lipoproteiineissa HDL-2 ja VLDL.
YHTEENVETO Hepaattisen lipaasin (dolikoli-trans-asylaasin) tärkeä kofaktori lienee Apo A-IV pitoinen HDL:


Kertauksena mevalonaattitien synteesissä mainituista molekyyleistä:
Tavallinen aktivoitu etikkahappo, asetyyli-CoA, on endogeenin kolesterolin synteesin alkuaine.
Aktivoitu asetoetikkahappo, asetoasetyyli-koentsyymi-A
HMG-CoA ( hydroksimetyyliglutaryyli-koentsyymi-A) ( Tässä kohtaa vaikuttaa tehokkain kolesterolinmuodostuksen estäjä, HMG-CoA-reduktaasin estäjä)
Mevalonaatti
Mevalonaattifosfaatti ( mevalonaatti-P)
Mevalonaatti-PP
Isopentenyyli-PP, (IPP)
Dimetyyliallyyli-PP (DMAPP)
Geranyyli-PP (GPP). Tästä voi tulla korkealla affiniteetilla Solanesyl-PP ja siitä ubikinonia.
Farnesyyli-PP. Tämä FPP on kohta. josta voi tapahtua monta vaihdetta eteenpäin.

1. Proteiinien isoprenylaatio ( hyvin korkea affiniteetti) (Esim G-proteiinien posttranslationaalinen isoprenylaatio).

2. Entsymaattisesti plasmassa (trans-prenyylitransferaasilla) geranyl-geranyl--PP (GGPP), tästä voi tulla menakinonisivuketjuja ( K2-vitamiinisivuketjuja, joita tarvitaan luussa, koagulaatiotekijöissä, aivojen K1-vitamiinin sivuketjussa MK-4)

3. Solanesyyli-PP. Tästä voi tulla ubikinonia

4. Luonnollisesti FPP voi myös muuttua syntetaasilla skvaleeniksi ja siitä kolesteroliksi ( matala affiniteettitie).

5. Cis-prenyylitransferaasilla polyprenyyli-PP ( korkea affiniteetti) Tästä voi tulla dolikoli tai dolikyyli –PP

Sellainen entsyymi kuin biotiini vaikuttaa FPP:n vaihteen valinnoissa




On huomattava eräs seikka. Dolikolista osa fosforyloituu dolikyylifosfaatiksi Dolikyl-P Se ei ole kaikkein edullinen muoto. Se liittyy kovalentisti proteiiniin maksassa.. Aivoissa tällä kovalenttisella liittymällä on merkitystä bioelektristen terminaalien stabiloijana ja isoloijana. Sitä täytyy olla tietty osa, mutta patologisissa tiloissa sen määrä kohoaa kuten Alzheimerin taudissa.

Suurin osa dolikolia on kefaliinissa sijaitsevaa ( fosfolipidi PE). Kun dolikolia rikastuu membraanin keskiseen osaan, lisääntyy fluiditeettti, kalvon nestemäisyys. Vetisyys, ja permeabiliteettti, kalvon läpäiseväisyys, joten se on destabilisaattori, kun taas kolesteroli tekee kalvosta vettäläpäisemätöntä, rasvaista. Dolikoli on myös fusogeeninen aine. Kun sitä rikastuu lysosomeihin, Golgin laitteeseen ja plasmamebraaneihin, se vaikuttaa tehokasta kalvokuljetusta eri organellien välillä. Se on merkitsevä jatkuvassa kalvon nuppuilussa ( budding) ja fuusioissa. Sen funktio on siis elämälle välttämätöntä, niin ihmisen kuin esim. solua hyödyntävän viruksen näkökulmasta.

Dolikolirakenne on lajispesifinen, mutta ei elinspesifinen. Ihmisen dominoiva dolikoli sisältää 19-20 isopreeniosaa.
Molekyylissä on alfa-terminaali ja omega-terminaali
Animaalisessa kudoksessa vain muutama prosentti dolikolimolekyylistä on alfa-päästään cis-muodossa tyydyttämättömänä.
Paitsi hepatosellulaarisessa karsinoomassa todetaan 30 % molekyyleistä alfa cis-muodossa.
Sanotaan että dolikolia syntyy nopeasti, mutta sen hajoamistuotteita ei ole identifioitu. On ajateltu sen ehkä olevan tuntemattoman hormonin tai muun aineenvaihdunnallisesti aktiivin molekyylin prekursori.Tästä täytyy ottaa selvää.


Mevalonaattitiestä tulee myös ubikinonien sivuketju (UQ) solujen mitokondrioihin, joissa UQ on hengitystoiminnan obligatorinen komponentti. Redusoidulla ubikinonilla, ubikinolilla, on vahva scavenger-kyky ( 1 radikaali 1 molekyyliä kohden). Vain redusoitu muoto toimii antioksidanttina. Kudoksissa on normaalisti ubikinonia 10 kertaa enemmän kuin alfa-tokoferolia ( E-vitamiinia). C-vitamiini vesifaasissa tekee samaa antioksidanttifunktiota kuin ubikinoni lipidifaasissa. Suurin osa ubikinonista kehossa on aktiivissa muodossaan, paitsi aivoissa on vain 25 % ubikinonista redusoitua ( aktiivia) ubikinolia.

Mikä on dolikolin relevantti osuus 1 grammassa aivokudosta tai maksakudosta? Nämä ovat viittellisiä tietoja muistiinpanoissani n 10 v takaa.
Proteiinia 79 mg / grammassa aivoa, 181 mg/ g maksaa.
Fosfolipidejä 32 mg/g aivoa, 23 mg/ g maksaa.
Kolesterolia 13 mg/ g aivoa ja 2 mg/ g maksaa.
Dolikolia 153 ug/ g aivoa ja 578 ug/ g maksaa.
Dolikyylifosfaattia 22 ug/g aivoa ja 16 ug / g maksaa.
Ubikinonia 21 ug/ g aivoa ja 46 ug/ g maksaa.



Kaikki kolme mevalonaattitien tuotemolekyyliä ovat tärkeät neuronaalisessa funktiossa.
kolesteroli, dolikoli ja dolikolifosfaatti

SAPPIHAPOT

SAPPIHAPOT
http://themedicalbiochemistrypage.org/images/bileacidsynthesis.jpg

SAPPIHAPPOJEN SYNTEESI JA TOIMINTA

Kolesteroli on monitoimimolekyyli ja yksi sen tärkeä tehtävä on antaa runkoa sappihappojen ja sappisuolojen muodostumiseen. Sappihapot ovat eräs kolesterolin synteesitien loppuhaara ja myös tapa, millä kolesterolia erittyy poispäin kehosta. Mutta sappihappojen muodostaminen on vajaa kykyinen eliminaatiotie siinä mielessä, että ne eivät voi toimittaa kaikkea aivan liikaa kolesterolia kehosta pois. Ne ovat eräs tärkeä funktiosykli sinänsä, jonka harteille ei voi sälyttää aivan liiallisten kolesterolimäärien poistamista sivutyönä niiden kaikkien muiden funktioiden ohessa. Tähän myös ravintosuositukset ovat antaneet normejaan helpottaakseen ja pitääkseen normaalirajoissa tätä sappihapposykliä. Keho tuottaa itse 700 g kolesterolia päiväsä ja ravinnosta siihen suositeltaisiin lisää vain 300 mg päivässä (NNR 2004).

Harperin tieto jo 1969 oli tämä:
MAKSAN toimittamassa sappinesteessä on sappihappoja 1,93% ( sappirakossa niitä on 9,14%). Sapen muita komponentteja maksassa (sappirakossa) ovat vesi 97 %( 85.92 %), kiinteitä aineita 2,52% ( 14,08 %), musiineja ja pigmenttejä 0.53%( 2.98 %), rasvahappoja ja rasvoja 0.14 % ( 0.32 %), kolesterolia 0.06% ( 0.26%), inorgaanisia suoloja ( 0.84% ( 0.65 %). Maksan toimittaman sapen pH on 7.1- 7.3 (ja sappirakossa pH on 6.9- 7.7) . Nämä luvut antavat hahmotusta sapen kosotumukselle ja ovat peräisin Harperista 1969.

MAKSASSA kolesterolista alkaa tulla sappihappoja:
Reaktio, joka hydroksyloi 7alfa- aseman kolesterolimolekyylissä, on tahtia rajoittava entsyymi sappihappojen synteesissä kolesterolista käsin. 7alfa-OH- kolesterolin muuttaminen sappihapoiksi on moniaskeleinen reastio.
Konjugoituminen glyko tai tauro (kolaateiksi) johdannaisiksi tapahtuu maksan mikrosomeissa ja siinä sappihapon -COOH- ryhmään konjugoituu joko aminohappo glysiini tai aminosulfonihappo tauriini ja silloin molekyyli muuttuu vesiliukoiseen muotoon. Nämä taas ottavat kaliumi(K+) tai natrium (Na+) jonin, jolloin on kyse sappisuoloista.
Täytyy myös huomioida, että koolihappo vaatii entsymaattisen aktivoitumisen (ATP ja CoA-SH avulla) Cholyl-SCoA muotoon ennen kuin se entsymaattisesti konjugoituu tauro tai glykokolaatiksi.

SAPPISUOLAT emulgoivat ruokasulassa ja alentavat pintajännitystä, jolloin ruokamolekyylit, jotka on rasvan peittämiä tulevat paremmin entsyymeille altiiksi ja pääsevät pilkkoutumaan ja imeytymään.

PRIMÄÄRIT SAPPIHAPOT
Nämä kaksi alla mainittua sappihappoa ovat primäärejä sappihappoja, joita muodostuu kolesterolista käsin.
KOOLIHAPPO ( Cholic acid, CA) on täysin tyydytetty sterolimolekyyli, jossa on 3,7, ja 12- asemissa OH-ryhmät.
KENODEOXYKOOLIHAPPO (chenodeoxycholic acid, CDCA ) omaa OH ryhmät 3 ja 7 asemissa.
Ihmisen sapessa nämä ovat kaikkein runsaimmat sappihapot, ensinmainittua 31 % ja toiseksi mainittua 45 %.

Suolen sisällä primäärit sappihapot joutuvat bakteerivaikutukselle alttiiksi ja muuttuvat sekundäärisiksi sappihapoiksi. Kolaatista tulee deoksykolaatti ja kenodeoksykolaatista tulee litokolaatti.
SEKUNDÄÄRISET SAPPIHAPOT OVAT
DEOXYKOOLIHAPPO ( deoxycholic acid, DCA) omaa OH ryhmät 3 ja 12 –asemissa.
LITOKOOLIHAPPO ( lithocholic acid, LCA) omaa vain yhden OH-ryhmän ja se on 3-asemassa.

Enterohepaattisessa kierrossa talletetaan näitä sappihappoja. (Kuitenkin siitä kolesterolista, mitä keho päivittäin eliminoi, puolet pääsee erittymän ulostuksien kautta).

Takaisin imeytyneet sappihapot konjugoidaan uudelleen
Maksan mikrosomin sisällä talletettujen sappihappojen uudelleen konjugoituminen tapahtuu taas COOH ryhmään glysiinin tai tauriinin amidi-sillalla, ennen kuin ne taas eritetään maksan sappitiehyeisiin. Niitä sanotaan glykokonjugaateiksi ja taurokonjugaateiksi. Biliaaritiehyeistä kerätään sappea suurempiin tiehyeisiin ja välivaiheena on sappirakko, johon sappea varastoituu tulevaista tarvetta ( rasva-ateriaa) varten. Sappihappojen lopullinen päämäärä on erittyminen ohutsuolen sisään, missä ne auttavat ravintolipidien emulgoinnissa. Suolen sisällä glysiinin ja tauriinin tähteet taas irtoavat sappihapoista ja nyt siten ne voivat joko erittyä ( pieneltä prosentilta) suolen muun massan joukossa tai ne absorboidaan uudestaan suolesta takaisin ja kuljetetaan maksaan. Tämä sykli on se enterohepaattinen kierto ( maksa- sappi- suoli- takaisin imeytyminen-maksasoluun oto jne) (enterohepatic circulation).

ULOSTUKSEEN erittyy normaalisti eniten näistä sappihapoista deoxykoolihappomuotoa. Mutta kolesteroliperäisiä muitakin eritemuotoja havaitaan, kuten neutraaleja steroideja ja fekaaleja steroleja, kuten coprostanolia, joka muodostuu alemmissa osissa suolistoa suoraan kolesterolista bakteerivaikutuksesta, joten kolesterolin poistaminen kehosta ei ole ainoastaan sappihappojen erittämisen varassa.

MITEN SAPPIHAPPOJEN HOMEOSTAASI SÄÄTYY

Sappihapot ja niistä erityisesti kenodeoxykoolihappo(CDCA) ja koolihappo(CA) voivat säätää geeniexpressiota, joka osallistuu niiden synteesiin ja täten ne voivat luoda takaisinsyöttömekanismin (feed back). Tämän säätelytien löytyminen tapahtui samalla kun selviteltiin farnesoidi-X-reseptoreja (FXRs) . FXRs-ovat eräs tumareseptorien superperhe joihin kuuluu steroidi/thyroidihormonireseptorien perhe ja myös maksan X-reseptorit (LXRs), retinoidi-X-reseptorit (RXRs) ja peroksisomiproliferaattori-aktivoituvat reseptorit (PPARs).

On olemassa kaksi geeniä, jotka koodaavat FXRs reseptoreita ja ne on merkattu FXRalfa ja FXRbeeta-nimillä.Ihmisellä on ainakin neljä isoformia alfa-reseptorigeenistä tuloksena aktivoitumisesta eri promoottoreilla ja alternantiivisista pilkkoutumisista ( FXRalfa 1,2,3, ja 4) . FXR-geeni tunnetaan myös nimellä NR1H4-geeni( tumareseptori NR alaperhe 1, ryhmä H, jäsen 4) . FXR-geenejä exspressoituu korkeimmin pitoisuuksin suolistossa ja maksassa.

Kuten kaikki tämän superperheen reseptorit, ligandi sitoutuu reseptoriin sytoplasmassa ja sitten kompleksi migroituu tumaan (nucleus) ja muodostaa heterodimeerin perheen muiden jäsenten kanssa. FXR muodostaa heterodimeerejä RXR-perheen jäsenten kanssa . Heterodimeerin muodostumista seuraa kompleksin sitoutuminen kohdegeenin spesifiseen sekvensiin, jota sanotaan hormoniin vastaavaksi elementiksi (HREs) ja tästä seuraa säädelty expressio. Yksi FXR:n pääkohteista on pieni heterodimeerinen partnerigeeni (small heterodimer partner (SHP) gene.Kun FXR on aktivoinut SHP-expression seuraa SHP-kohdegeenien transskription estymä.
Merkityksestä sappihappojen synteesille mainittakoon, että SHP vaimentaa kolesteroli 7-hydroxylaasigeenin ilmenemistä (CYP7A1). Ja juuri CYP7A1 taas on tahtia rajoittava entsyymi sappihappojen synteesissä kolesterolista käsin.

Eräs yrttiperäinen kolesterolia alentava supplementti jota sanotaan ”gugguliksi”. vaikuttaa siten, että tämän uutteen lipidikomponentti guggulsteroni (guggul = Commiphora mukul-puu Intiasta) toimii antagonistina FXR:lle. Mutta sen lisäksi että guggulsteroni vaikuttaa FXR-funktioon , se on näyttänyt voivan aktivoida pregnaani-X-reseptorinkin(PXR), joka on toinen tumareseptorien superperhe. PXR on todettu olevan litokoolihapon (LCA) ja muiden sappihappoprekursorimuotojen tunnistama reseptori. PXR-aktivaatio johtaa sappihapposynteesin vaimentumiseen, koska sillä on fysikaalista liittymää hepatosyytin tumafaktoriin 4alfa (HNF-4alfa), mikä vaikuttaa että tämä transkriptiotekijä ei enää kykene assosioitumaan transkriptionaaliseen co-aktivaattoriin PGC-1alfa (PPARgamma coaktivaattori 1 alfa), mikä taas lopulta johtaa CYP7A1 transkriptiofaktorin aktivaation katoamiseen . Sappihappometabolian säätelyn lisäksi PXR alentaa glukoneogeneesientsyymin PEPCK ilmenemää.

Muidenkin sappihappojen synteesiin puuttuvien geenien ilmenemistä säädellään FXR-toiminnalla. FXR- aktio voi joko indusoida tai vaimentaa näiden geenien expressoitumista.

Vaimentuvia geenejä on
edellä mainittu CYP7A1
ja lisäksi SREBP-1c,
steroli 12alfahydroksylaasi( jonka geenisymboli on CYP8B1
ja SLC10A1 (= solute carrier family 10 (sodium/bile acid cotransporter family), member 1 (gene symbol = SLC10A1).

Tämä viime mainittu geeni tunnistetaan Natrium (Na+)taurokolaatti-yhteiskuljettajapolypeptidinä NTCP (= Na+-taurocholate cotransporting polypeptide ).
NTCP on mukana siinä tapahtumassa, kun sappihappoja otetaan maksaan sinusoidaalin/basolateraalin kalvon kautta.
Täten sappihappojen välittämä NTCP-geeniexpression vaimenema voisi vähentää sappihappojen talteenottoa ja suojata maksaa liiallisten sappihappomäärien kertymän toksisilta vaikutuksilta.

Sappihapot vaimentavat myös erään toisen sappihappokuljettajan transskriptiota- tätä esiintyy sinusoidaalisessa/basolateraalisessa kalvossa. Tämä kuljettaja on natriumista riippumaton ja sitä nimitetään nimellä OATP1B1 (organic anion transporting polypeptide). Sen geenisymboli on SLCO1B1.
OATP1B1 merkattiin aiemmin OATP-C. Sappihappojen vaikutus OATP1B1 expressioon on epäsuora ja käsittää SHP-välitteisen aleneman HNF-4alfa-aktiviteetissa, mikä puolestaan vähentää toista maksaan rikastunutta transkriptiotekijää HNF-1alfa, ja se on taas tämän OAT1B1-geenin pääaktivaattori.

FXR:n indusoimiin geeneihin
SHP:n lisäksi kuuluu
maksan sappisuolojen ulospumppaaja (BSEP, bile salt export pump), monilääkeresistenssiproteiini3 ( multidrug resistance protein 3 MDR3)
ja monilääkerestenssiin littyvä proteiini2 ( multidrug resistance associated protein 2(MRP2).

Jälkimmäiset geenit ovat osallistuneet orgaanisten yhdisteiden uloskuljetukseen ja ne pystyttiin tunnistamaan niiden kyvystä kuljettaa lääkkeitä pois solusta, jolloin ne sallivat solulle kykyä vastustaa annetun lääkkeen tarkoittamaa vaikutusta.

MDR3 toimii normaalisti siten, että se translokoi fosfolipidejä hepatosyytin canalikulaarisen kalvon kautta. MDR3 on jäsen ATP:.tä sitovien kuljetusmolekyylien perheessä (ATP-binding cassette (ABC) family). MDR3 tunnetaan ABCB4.
Tästä voi päätella, että sappihappojen välittämä MDR3 expression lisääntymä on välttämätöntä, jotta maksasoluille salliutuu mahdollisuus vastata sappihappojen toksisuuteen muodostamalla kolesterolia, fosfolipidejä ja sappihappoja sisältäviä misellejä.

BSEP on myös jäsen ABC-kuljettajamolekyylein perheessä ja silläkin on toinen nimi: ABCB11. Se osallistuu sappihappojen uloskuljettamiseen maksasoluista ja täten se vähentää sappihappojen toksisuutta näissä soluissa.

Pääasiallisin kliininen merkitys näillä FXR kohdegeeneillä tulee kyseeseen useissa perinnöllisissä kolestaattisissa maksahäiriöissä. BSEP-mutaatiot ja MDR3 mutaatiot ovat assosioituneet familiaaliseen intrahepaattiseen kolestaasiin tyyppiä 2 ja vastaavasti tyyppiä 3
Mutaatio MRP2 geenissä liittyy Dubin-Johnsonin oireyhtymään, mikä on eräs muoto perinnöllistä hyperbilirubinemiaa.

SAPPIHAPOT AINEENVAIHDUNNALLISINA SÄÄTELIJÖINÄ

Sappihapoille on alunperin tunnistettu neljä primääriä fysiologisesti merkitsevää funktiota.
1.Sappihappojen synteesi ja sitä seuraava erittyminen fekekseen edustaa ainoaa merkitsevää liian kolesterolin eliminaatiomekanismia.
2. Sappihapot ja fosfolipidit saattavat sapessa olevan kolesterolin liukenemaan ja siten estävät että ei muodostu kolesterolikiviä ja saostumaa sappirakossa.
3. Sappihapot edistävät ravintorasvan, triasyyliglyceridien (TG) sulamista emulgoimalla, jolloin rasvat ovat paremmin haimalipaasien pilkottavissa.
4. Sappihapot edistävät rasvaliukoisten vitamiinien A,D, E ja K imeytymistä suolistosta.

Viime aikoina on saatu uusia oivalluksia sappihappojen biologisista vaikutuksista.
Sappihapot kontrolloivat omaa aineenvaihduntaansa ja kuljetustaan enterohepaattisessa kiertokulussa ,
säätelevät lipidien aineenvaihduntaa,
säätelevät glukoosin aineenvaihduntaa,
kontrolloivat maksan regeneroitumisen signalointitapahtumia
ja säätelevät yleistä energian käyttöä.

Sen jälkeen kun on saatu eristettyä, hahmotettua ja luonnehdittua FXR ( farnesoidireseptorit), joiden fysiologisia ligandeja sappihapot ovat, on alkanut selvitä sappihappojen funktiot lipidien ja glukoosin homeostaasin säätelyssä.

Kuten yllä on viitattu, sappihappojen sitoutuminen FXR-reseptoreihin johtaa useiden sappihappohomeostaasiin osallistuvien geenien expression vaimentumiseen.
Kuitenkaan sappihappojen aineenvaihduntaan osallistuvat geenit eivät ole ainoita, jotka ovat sappihappojen sitoutumisen seurauksena johtuvasta FXR-aktiosta säätyviä.

Maksassa FXR-aktion tiedetään säätävän
lipidimetaboliaan osallistuvien geenien ilmenemistä ( esim SREB-1c)
lipoprotiinimetaboliaan osallistuvien geenien ilmenemistä ( esim apoC-II)
glukoosimetaboliaan osallistuvien geenien ilmenemistä ( kuten PEPCK)
ja hepatoprotektioon osallistuvien geenien ilmenemistä( kuten ( CYP3A4), mikä aluksi tunnistetiin nifedipiinioksidaasina ja nifedipiini taas oli kalsiumkanavaa blokeeraava lääkeryhmän aine.

Sen lisäksi että sappihapot osallistuvat rasvojen emulgoimiseen suolessa ja aktivoivat FXR-reseptoria, ne osallistuvat myös useisiin signaalitransduktioprosesseihin aktivoimalla c-JUN-N terminaalisen kinaasin (JNK) ja myös mitogeenilla aktivoituvan proteiinikinaasin (MAPK) tiet.

Toisia jäseniä tumareseptoriperheestä, joita sappihapot pystyvät aktivoimaan, on
edellä mainittu pregnaani-X-reseptori(PXR),
sekä konstitutiivinen androstaanireseptori (constitutive androstane receptor, CAR)
ja vitamiini D-reseptori (VDR).
Sitten on vielä eräs lisäreseptori, joka aktivoituu vasteena sappihapoille ja sillä voi olla merkitystä obesiteetin kontrollissa. Tämä on transmembraaniseen G-proteiinin kytkeytynyt sappihapporeseptori-1 , alunperin sen merkintä oli TGR5. Kun TGR5 aktivoituu ruskeassa rasvakudoksessa, seuraa termogeniinin aktivaatio, mikä johtaa lisääntyneeseen energien kulutukseen (thermogenin (uncoupling protein 1, UCP1).

Liian dietäärin tai lääke- fytosterolin vaara

Fytosterolien kliinisistä sovellutuksista on eräs uusi kommentti:

LÄHDE: Sabeva NS, Liu J, Graf GA.The ABCG5 ABCG8 sterol transporter and phytosterols: implications for cardiometabolic disease. Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes. 2009 Apr;16(2):172-7.

Tämä katsaus tekee yhteenvetoa viimeaikojen kehityksestä ABCG5 ABCG8( G5G8) kuljettajan aktiviteetistä, säätelystä ja fysiologiasta ja sen xenobioottisten substraattien, fytosterolien, käytöstä kolesterolia alentavana aineena kardiovaskulaaristen tautien hoidossa.

Äskettäiset tieteen edistymiset tällä alalla viittaavat siihen , että G5G8 ja sen substraatit ovat merkitseviä seikkoja niissä komplikaatioissa, joita liittyy metaboliseen oireyhtymään.

Mitä aivan viime aikoina on havaittu?

Tuoreet raportit laajentavat sitosterolemian kliinistä kuvaa siten, että siihen liittyy myös trombosyyttien ja lisämunuaisten dysfunktio.

G5G8-sterolien kuljettaja ( sterol transporter) on kriittinen kolesterolin hepatobiliaariselle eritykselle non-patologisissa tiloissa ja assosioituu kolesterolisappikivien muodostumisalttiuteen ( cholesterol gallstone susceptibility)

Lopuksi mainitaan, että se hyöty, mikä fytosterolisupplementtien käytöstä koitui kolesterolin alentumisena, johtaa toistaalta vaskulaarisen dysfunktioon ( verisuoniston puolen toiminnan huononemiseen). Tämä viittaa siihen, että olisi suurempaa hyötyä vaihtoehtoisista strategioista kolesterolin imeytymisen vähentämisessä.

Johtopäätös. Insuliiniresistenssi kohottaa G5G8 toimintaa ja lisää alttiutta kolesterolisappikivien muodostukseen.

Tämä kuljettaja, G5G8 transporter, on kriittinen , jotta saadaan suljettua pois fytosterolit suoliston absorptioteistä. Jos vaarantaa tämän protektiivisen mekanismin rajallisia mahdollisuuksia fytosterolisupplementaatioilla, vähenee kolesterolin alentamisessa saadut kardioprotektiiviset edut. ( Tämä asia on osoitettu kardiovaskulaarisen taudin hiirimallissa).

03/04/2009 10:59

Sterolit ja fosfolipidit kalvorakenteessa

Mitä sterolin laatu vaikuttaa solukalvoon?

LÄHDE: Hac-Wydro K, Wydro P, Jagoda A, Kapusta J.The study on the interaction between phytosterols and phospholipids in model membranes. Chem Phys Lipids. 2007 Nov;150(1):22-34. Epub 2007 Jun 14

STEROLIT ovat solukalvojen pääkomponetteja. Vaikka KOLESTEROLI nisäkässoluissa dominoi näissä steroleissa, voidaan ihmiselimistössä löytää myös KASVISSTEROLEJA( fytosteroleja, phytosterols). Fytosterolemiassa ( phytosterolemia) niitä löytyy jopa erityisen suuria pitoisuuksia ja sellainen saattaa vaikuttaa vahvasti solukalvojen ominaisuuksiin.

Tässä työssä vuodelta 2007 tutkijat ottivat selvää fytosterolien vaikutuksen solukalvon ominaisuuksiin ja he käyttivät mallikalvona seosta ”Langmuir monolayers”, jolla he selvittivät fosfolipidien (PL) ja fytosterolien välistä interaktiota. Tutkijat valitsivat seuraavat sterolit beta-sitosterolin ja stigmasterolin sekä koko joukon fosfolipidejä (PL), sekä fosfatidyylietanolamineja (kefaliineja, PE) että fosfatidyylikoliineja (lesitiinejä, PC). Näiden fosfolipidien polaarinen pää ovat erilainen ja niiden hiilivetysivuketjut ovat eri pituisia ja eri asteisesti tyydyttämättömiä.

Molekyylien välisiä interaktioita luonnehdittiin steroli/fosfolipidikalvoseoksissa käyttämällä mittana keskimääristä pinta-alaa molekyyliä kohden (A(12) ja sekoittumisen vapaan energian ylijäämää (DeltaG(Exc)). (Kommenttini: plasmakalvoissa kolesteroli pitää huolta, että sijoittuma fosfolipideissä on energeettisesti tiukan edullinen ja mitä funktionaalisin solun monien vaateiden kannalta, joista vesitiiveys ja fluiditeetti ovat tunnetuimmat- fluiditeetin muodostamiseen osallistuu kolesterolin isopreenirakenteinen sukulaismolekyyli dolikoli).

Sterolien vaikutus yksinkertaisten fosfolipidikerrosten molekulaarisiin järjestymisiin analysoitiin perustamalla ”compression modulus”- arvoihin (tiivistymiseen, kokoonpuristumiseen). Havaittiin, että fytosterolien inkorporoituminen fosfolipidikerroksen joukkoon lisäsi niiden tiheyttä (condensation). Kasvissteroleilla näytti olevan suurempi affiniteetti lesitiineihin ( PC) kuin kefaliineihin(PE) Fytosterolit vuorovaikuttivat vahvemmin sellaisiin fosfolipideihin, joilla oli pidemmät ja tyydytetymmät sivuketjut. Johtopäätöksenään tutkijat ilmoittavat, että sterolin rakenne (kolesteroli, beta-sitosteroli, stigmasteroli) ei vaikuttanut yksittäisen fosfolipidin stabiilimpien kompleksien stokiometriaan, mutta sen sijaan vaikutti niiden stabiilisuuteen.

Nimittäin vahvimmat interaktiot( siis edullisimmat) havaittiin kolesteroli/fosfolipidiseoksissa , ja heikoimmat niissä seoksissa, joissa oli stigmasterolia.

Fytosterolemia - hyvin harvinainen tauti

Ensimmäinen (hyvin harvinainen) fytosterolemiatapaus Ruotsissa. Potilaskuvaus vuodelta 1996.

Vuonna 1996 julkaisi Ruotsin Lääkärilehti artikkelin otsikolla Fytosterolemi okänd men allvarlig sjukdom. Xantomatos i barndomen varningssignal. Artikkelin olivat koostaneet Hallböök T, Kristiansson B, Hildebrand H, Nordin G, Lutjohan D. ja Björkhem I,. Läkartidningen Vol. 93; nr 47; ss 4275-6.

Suomennan tämän artikkelin vanhasta Lääkärilehdestä:

FYTOSTEROLEMIA

Fytosterolemia on harvinainen autosomaalinen resessiivinen xantomatoosi, jossa on huomattava alttius varhaiselle sepelvaltimooitten ateroskleroosille. Xantoomia voi kehittyä huolimatta vain kohtalaisesti kohonneista veren kolesteroliarvoista. Tautia luonnehtii kasviperäisten sterolien lisääntynyt imeytyminen suolesta ja havaitaan veressä sekä kudoksissa vahvasti kohonneet pitoisuudet näitä yhdisteitä. Perustavaa biokemiallista puutosta ei tunnettu vielä 1996. Ruotsin ensimmäinen diagnosoitu fytosterolemia tapaus kuvataan tässä artikkelissa.

KASVISTEROLIT eli FYTOSTEROLIT

Kasvisterolit ovat kasveille tärkeitä lipidikomponetteja ja sellaisia yhdisteitä on kuvattu suuri määrä. Rakenteeltaan ne muistuttavat kaikki kolesterolia ja kaikkein tavallisimmat kasvisterolit eroavat kolesterolista ainoastaan sivuketjultaan. Määrällisesti tärkein kasvisteroli on sitosteroli , jonka kolesterolisivuketjun 24 asemassa on etyyliryhmä.

KASVISTEROLILÄHTEET

Tärkeitä dietäärisiä lähteitä kasvisteroleille ovat kasviöljyt, pähkinät, viljatuotteet, rasvapitoiset vihannekset ja hedelmät. Kasvisterolien saanti päivittäin vaihtelee tietysti dieetin mukaan. Amerikassa on laskettu kasvisterolien päivittäisen saannin olevan noin 180 mg, kun taas Japanissa määrä arvioidaan yli kaksinkertaiseksi. Kasvisterolit ovat noin 20% normaalin länsieurooppalaisen tai amerikkalaisen ravinnon steroidien kokonaismäärästä.

KASVISTEROLIEN IMEYTYMINEN SUOLESTA

Kun ravinnon kolesterolista imeytyy 30-50 %, niin kasvisteroleilla tämä vastaava prosentti on vain noin 5%. Syy tähän kasvisterolien huomattavasti huonompaan imeytymiseen ei ollut vuoteen 1996 mennessä vielä selvitetty perusteellisesti, mutta arveltiin, että syynä niiden huonompaan absorptioon olisi paljon vähempiasteinen esteröityminen ohutsuolen limakalvolla verrattuna kolesterolin esteröitymisiin. Ruotsalaisten tekemät tutkimukset osoittavat, että ihminen ei normaalisti metaboloi kasvisteroleja sappihapoiksi.

KASVISTEROLIT VERENKIERROSSA

Normaalsiti nähdään verenkierrossa vain hivenmääriä kasvisteroleja, alle 1 % kolesterolin pitoisuudesta. Tavallisesti käytetty entsymaattinen metodi, jolla määritellään kolesterolia, mittaa samalla myös kasvisteroleita. Kasvisterolien tarkempaan analyysiin käytetään kaasukromatografiaa mahdollisesti kombinoituna massaspektrometriaan.

KASVISTEROLIEN LISÄÄNTYNYT IMEYTYMINEN

Vuonna 1973 kuvasivat Bhattacharyyaet Connor kaksi sisarusta, joilla esiintyy ihonalaisia (subcutaanisia) xantoomia ja jännexantoomia, joita oli kehittynyt varhaislapsuudessa, vaikka verenkierrossa esiintyneet kolesterolimäärät olivat normaaleja. Heillä oli kasvissterolien osuus plasmassa 11-16 % plasman totaalisteroideista ja kasvisterolien imeytyminen suolesta oli vahvasti lisääntynyt. Tästä tauti sai nimensä sitosterolemia tai fytosterolemia.

Tämän tapauksen jälkeen on havaittu maailmasta 30 -40 potilastapausta, joissa on sama autosomaalinen resessiivinen tauti. (Tästä on tehnyt katsauksen Björkhem et Muri-Boberg).

Tavallisin kliininen komplikaatio xantoomien lisäksi on varhainen koronaariateroskleroosi ja hemolyysi. On myös kuvattu pernan suurenemista ja artriittivaivaa (nivelvaivaa). Kaikkein vakavin seuraamus fytosterolemiasta on toisinaan hyvin varhain kehittyvä koronaaritauti. Vakavaa angiina pectorista ja sydänkuolemaa on esiintynyt useilla tunnetuista potilaista alle 20 vuoden iässä.

TAUDIN TAUSTASYY ON OLLUT TUNTEMATON 1996

Fytosterolemian taustalla olevaa biokemiallista defektiä ei vielä tiedetty 1996. Näillä potilailla imeytyi kasvisterolien lisäksi myös kolesteroli ja äyriäisten steroidit tavallista suuremmassa määrin. Samalla vaikuttaa, että kasvisterolien erittyminen maksasta sappeen on puolestaan vähentynyttä. Tämä lisää taipumusta sterolien kumuloitumiseen verenkiertoon ja kudoksiin. Selityksenä kombinoituun imeytymisdefektiin on esitetty mm. oletus ACAT entsyymin vähentyneestä steroidispesifisyydestä, oletus häiriöistä trans-sellulaarisessa kuljetusprosessissa, oletus vähentyneestä aktiviteetista suolimukoosasolun HMG-CoA-reduktaasissa

(Entsyymit: ACAT= acyl-CoA-kolesteroli- acyltrasnferaasi

HMG-CoA-reduktaasi= hydroksimetyyliglutaryyli-CoA-reduktaasissa),

Lisääntynyt sitosterolin esteröityminen suolenlimakalvolla voisi johtaa lisääntyneeseen absorptioon, kun taas vastaava esteröitymisen lisääntyminen maksassa voisi tuottaa vähentynyttä sapen erittymistä.

Fytosterolemiapotilailla on kolesterolisynteesi vähentynyt puoleen tai alle puoleen. Monet tiedemiesryhmät ovat havainneet myös vähentynyttä kolesterolin hajoamista sappihapoiksi.

Todennäköistä on, että nämä muutokset ovat sekundäärisiä steroidien hyperabsorptiolle suolesta.

Koe-eläimellä on tutkittu, mitä muutosta vaikuttaa sitosteroli-infuusio aineenvaihduntaan: Se näyttää johtavan sappihappojen biosynteesin nopeutta säätelevän entsyymin alentuneeseen aktiivisuuteen. Tämä entsyymi on kolesteroli-7alfa-hydroksylaasi. Fytosterolemiapotilailla vaikuttaa tämän entsyymin aktiivisuus olevan vähentynyt.

On myös epäselvää, miksi vain hieman kohonneilla ja toisinaan normaaleillakin kolesteroliarvoilla kuitenkin näille potilaille kehittyy xantoomia ja varhaista sydän-verisuonitautia kasvisterolien akkumulaatiosta. Yksi mahdollisuus on, että kohonneet pitoisuudet verenkierron kasvisteroleja vaikuttaa lipoproteiinien stabiliteettiin ja kudokseen ottoon. Korkeat pitoisuudet kasvisteroleja ovat sytotoksisia viljellyille endoteelisoluille.

Noin vuonna 1995 diagnosoitiin Skandinaviassa ensimmäinen fytosterolemiatapaus, 4-vuotias norjalaistyttö. Tämä artikkeli ( 1996) kuvaa tarkemmin ensimmäistä ruotsalaista potilastapausta.

TAPAUSKUVAUS

16 vuotias poika oli 5- vuotiaasta alkaen saanut kehoonsa xantoomia polvi -ja kyynärtaipeisiin, pakaroihin ja silmien alle. Sitten kehittyi xantoomaa myös kyynärpäihin. Koska epäiltiin familiaarista hyperlipoproteinemiaa tyyppiä II A, aloitettiin dieettihoito. Siinä vaiheessa S-kolesteroli oli 13,9- 15, 3 mmol/l ja S-triglyseridit 1,1-0,9 mmol/l.

Pojalta katsottiin plasman lipidien analyysi ja siinä osoittautui LDL-fraktio olevan koholla (LDL 10,9 mmol/l).

Lipidielektroforeesi osoitti vahvasti kohonneita LDL-osuuksia ja LDL-kolesteroli oli 10,9 mmol/l.

Dieettihoidolla S-kolesteroli laski puoleen.

Xantoomat eivät kuitenkaan hävinneet, vaan niitä tuli lisää, joten aloitettiin Questran ja S-kolesteroli laski tasoon 4 mmol/l.

10 vuoden iässä havaitiin kohtalainen verihiutaleitten vähyys, trombosytopenia (TPK 100*10E9/l) ) ja lievää maksavaikutusta (S-ASAT, S-ALAT noin 1,0 ukat/l).

13- vuoden iässä todettiin perikardiitti ja sen syitä selvitettiin tarkasti.

Uusi lipoproteiinien selvitys tehtiin myös. Lp(a) oli koholla.

15- vuoden iässä edelleen hoidettiin perikardiumasiaa. Oli tapahtunut exudaatin muodostusta toistuvasti sydänpussiin, vaikka oli ollut 1,5 vuoden steroidihoito.

Maksa-arvot olivat 1-31 tasoa ukat/l. Maksabiopsiasta saatiin vastaus: steatoosi, maksan rasvoittumaa ym. Mutta osittaisen perikardiumin poiston jälkeen maksa-arvot tasoittuivat noin tasoon 2 ukat/l.

TROMBOSYYTTIFUNKTIO

Kun poika oli 10 vuotias, trombosyytit olviat yllämainitulla tasolla( 100), mikä sinänsä on riittävä. Prednisolonikuurin aikana kuitenkin komplikaationa kehittyi vuotava pohjukaissuolihaava. Tästä tehtiin tarkennettu tutkimus trombosyyttifunktiosta ja todettiin dysfunktio, trombosyyttien toiminnan vajaus, mistä johtui pidentynyt vuotoaika ja heikentynyt trombosyyttien takertuvuus. Sydänpussin operaation jälkeen tilanne stabiloitui ja maksa-arvot laskivat, muta pojalla alkoi tuntua subjektiivisia vaivoja kuten väsymystä, säärisärkyjä, akillesjänteitten ja polvien tenosynoviitteja. Teini-iän kehitys sinänsä oli aivan normaalia.

Kun poika oli 15 vuotias, tehtiin oletus fytosterolemiasta.

Nyt tehtiin tarkennusta varten tauko kolestyramiinihoidossa parin viikon ajalta ja seerumikokeet lähetettiin kasvisterolien analyysiin. Tällöin havaittiin

vahvasti koholla olevatfytosterolit

sitosteroli ( 1,0 mmol/l; normaalisti vain 0,02 mmol/l) ja

kampesteroli ( 0,8 mmol/l; normaalisti 0,03 mmol/l).

Sitten asetettiin takaisin kolestyramiinihoito, mikä johti molempien kasvisterolien alentuneisiin arvoihin: 22% sitosterolilla ja 50% kampesterolilla).

Kolesterolipitoisuus laski tällä hoidolla tasolta 4,4 mmol/l tasoon 2,8 mmol/l eli lasku oli 36%.

Nyt selvitettiin herediteetti, ja osoittautui että vanhemmat olivat terveitä, ilman hyperlipidemiaa tai kasvisterolien kohoamaa verenkierrossa, mutta saatiin tietää, että pojan isoiti oli kuollut 45 vuoden ikäisenä, siis nuorena, ja obduktiossa oli havaittu myoinfarkti ja aortan arterioskleroosi. On mahdollista että pojan äidin äidillä on ollut fytosterolemia.

Tämän pojan tautia pidetään varmana fytosterolemiana, mistä on myös kirjallisuudessa samanlaisia tietoja. Xantoomat, kohonneet kolesteroliarvot, artriittivaivat ja verihiutaleitten häiriöt ovat tavallisia fytosterolemiassa, mutta ruotsalaislääkärit eivät löytäneet 1996 mennessä yhtään mainintaa kirjallisuudessa perikardiitista kuten heidän potilaallaan ( sydänpussintulehduksesta).

3.4.2009 9:02

torsdag 2 april 2009

Kolesteroli, oxysterolit V. Leonin mukaan

Kolesterolin ja oxysterolien merkitys.
Leoni Valerion väitöskirjan perusteella.Suomennosta ja lyhennelmää väitöskirjasta.

Kolesterolin merkitys
Kolesterolin biosynteesi
Kolesterolin synteesin jarrutus
Kolesterolin aineenvaihdunnasta
Kolesterolin eritys
Kolesteroli ja aivot
De novo - synteesi, uudissynteesi
Lipoproteiineista (Lp) kolesterolia LRP1 proteiinin avulla
Liian kolesterolin eliminaatio
ApoE
Kolesterolin tuotanto ( efflux) aivoista ulospäin
Kolesterolihomeostaasi Alzheimerin taudissa
Amyloidin muodostus ja statiinien edut
Entä Oxysterolit
Oxysterolien ominaisuuksista
24-hydroxykolesteroli
27-hydroxykolesteroli
AD tauti ja sterolien muodot
7-oxygenoituneet kolesterolilajit
MS ja oxysterolilajit
Oksidatiivinen sressi ja lipidiperoxidaatio
Oxysterolit merkkinä oksidatiivisesta stressistä, lipidiperoksidaatiosta ja ateroskleroosista
Veriaivoeste, BBB ( Blood-brain barrier)
BBB omaa tehtävän suojata keskushermostoa
Likvor, aivoselkäydinneste, CSF, Cerebrospinal fluid
Likvorin laboratoriotutkimuksista
Multippeli Scleroosi (MS)
Miten aksonivaurio MS-taudissa tapahtuu?
Alzheimerin tauti

LÄHDE Leoni Valerio.
On the possible use of oxysterols for the diagnosis and evaluation of patients with neurological and neurodegenerative diseases. Stockholm KI (2005). ISBN91-7140-255-1

Tämä väitöskirja sisältää lähdetiedoissaan niin paljon hyvää ainesta kolesterolin aineenvaihdunnasta aivoissa, että katson aiheelliseksi kerrata perustietona ja suomentaa, mitä nyt asiasta tietoa saa- varsinkin kun tutkimukset ovat koko ajan käynnissä ja monia asioita on vielä hämärän peitossa. Tämän takia on hyvä tietää, mitä jo tiedetään. Muutama lisämerkintä joukossa (FASS, Harper)

KOLESTEROLIN MERKITYS

Kaikissa selkärankaisten soluissa on kolesterolia ja se on tärkeä rakenteellinen elementti. Se pitää yllä solukalvojen fosfolipidien kaksoiskerroksen rakennetta ja funktiota ja sitä pidetään myös tärkeänä kalvojen fluiditeetin puskurina. Se on lisäksi sappihappojen, steroidihormonien ja D-vitamiinin esimolekyyli. Kolesteroli eroaa muista kehon lipideistä erityisellä tavalla: Se on kalliisti syntetisoitu; käytetty joka solun struktuurin koostamiseen; sitä säästetään eri järjestelmillä; sitten sitä eritetään, mutta sitä ei käytetä energiaksi missään vaiheessa. ( Huom: Ravinnon kolesteroli vain moduloi kehon oman kolesterolin synteesijärjestelmiä, mutta sitäkään ei voida käyttää energiaksi). Kolesteroli on keholle erittäin välttämätön molekyyli. De novo-synteesi ja kiertävistä lipoproteiineista (Lp) soluunotto kattaa solujen tarpeet. Miltei joka solu osaa tehdä kolesterolia ja synteesi ottaa energiaa. Jokin solu osaa tehdä kolesterolia muillekin soluille, ja jokin taas lähinnä ottaa sitä vastaan. Liika kolesteroli on solutoksinen ja moni strategia poistaa sitä. Solut saavat exogeenisen kolesterolinsa LDL-partikkeleitten kuljettamana ( Low Density Lipoproteins) ja liiat palautetaan maksaan kolesterolin ”käänteiskuljetuksella” HDL-partikkeleitten avulla ( High Density Lipoproteins)- ja kuljetuksessa tarvitaan ATP:tä sitovia kuljettajia (ABC-kuljettajat).
Normaalisti keho tekee itse 60 % kolesterolistaan (noin 700 mg päivässä). Maksa syntetisoi 10 % kehon kolesterolista ja suolisto myös.
Suositellaan , että ravinto toisi päivittäin korkeintaan 300 mg kolesterolia.


KOLESTEROLIN BIOSYNTEESI

Biosynteesissä on viisi tärkeää kohtaa

Ensi vaiheet: Tavallisesta aineenvaihdunnasta etikkahappotasosta (C2.0) löytyy aktiivia etikkahappoa asetyyli-coentsyymiA (CoA), ja se voi alkaa rakentua myös kolesteroliin päin; ensin asetoasetyyli-CoA molekyyliksi, mutta sitten tarvitaan avainentsyymiä HMG-CoA syntetaasi, joka tekee HMG-CoA-molekyylin ja sitten reduktaasia

Toiseksi: Näistä edellisistä muodostuu mevalonaattia, joka on isoprenoidiyksikkö (Mevalonaattikinaasi, fosfomevalonaattikinaasi ja dekarboksylaasi tarvitaan entsyymeiksi)

Kolmanneksi: Kuusi isoprenoidiyksikköä kondensoituu skvaleeniksi.
(geranyylipyrofosfaattisyntetaasi, farnesyylipyrofosfaattisyntetaasi, ja skvaleenisyntetaasi on tarvittu)

Neljänneksi: Skvaleeni alkaa syklisoitua steroidiksi, lanosteroli.

Viidenneksi: Lanosteroli järjestäytyy kolesteroliksi (C27H46O)
(Voi syntyä isopreenitiestä myös dolikolia, dolikolifosfaattia, ubikinonia, proteiinien isoprenylaatioita)
http://www.nature.com/nrm/journal/v2/n9/images/nrm0901_657a_f3.gif

KOLESTEROLIN SYNTEESIN JARRUTTAMINEN

Kaikkein tärkein askel, missä voi alkaa jarruttaa kolesterolisynteesiä, on vaihe joko ennen HMG-CoA molekyylin synteesiä tai ennen reduktiota.

HMG-CoA (3beeta-hydroxy-3-metyyliglutaryyli CoA) pitää muuttaa mevalonihappomuotoon reduktaasin avulla HMG-CoA reduktaasi.
Tämä reduktaasientsyymi on erityisen tehokkaasti säädelty: negatiivisellä feed back-menetelmällä, proteiinitasolla ja transkriptiotasolla. Jälkimmäiseen taas voi vaikuttaa oxysterolit ja sappihapot. Tähän entsyymiin kohdistetaan lääkevaikutus

FASS2005 Seeruminlipidejä laskevat aineet
HMG-CoA-reduktaasin estäjät: Näitä ovat simvastatiini, pravastatiini, fluvastatiini, atorvastatiini, rosuvastatiini.
Eräillä lääkeaineilla on ollut haittana HMG-CoA molekyylin syntetisoituminen ja kertyminen, koska vain reduktio estyy, ja tästä on seurannut lihaskipuja.

KOLESTEROLIN AINEENVAIHDUNNASTA

Kolesteroli on veteen liukenematon ja kulkee verenkierrossa lipoproteiinien (Lp) mukana. Se otetaan suolistossa talteen ja kuljetetaan imuteitä kylomikroneissa CM (chylus, maitiainen) verenkierron puolelle. Maksaan kertyy sitten periferiasta käänteisellä kuljetuksella HDL partikkeleita ja CM-tähteitä. Kolesteroli voi esteröityä kolesteroliestereiksi (KE) ja muuntua sappihapoiksi ja erittyä, joutua enterohepaattiseen kiertokulkuun joksikin aikaa.

Maksa voi pakata VLDL-partikkeleita ( hyvin keveitä rasvapartikkeleita) lähetettäväksi kehoon. Entsyymit voivat muovailla näitä partikkeleita, kun ne ottavat niistä esim. lipoproteiinilipaasilla (LPL) irrottaen kolmen rasvahapon omaavista glyseroleista (TG) eli triglyserideistä (neutraalirasvoista) vapaita rasvahappoja (FFA, free fatty acids) .

LDL-kolesterolia varten soluissa on reseptorinsa LDLR ja tarkka säätely.
LDL-käyttää ApoB-lipoproteiinia. Jos soluun tulee kolesterolia, synteesivaiheissa inhiboituu reduktaasientsyymi, samoin solun endogeeni kolesterolisynteesi estyy ja samalla kolesterolin esteröityminen stimuloituu ACAT-entsyymillä ( AcylCoA: kolesteroli asyylitransferaasi).

Maksaan palautetaan kolesteroliestereitä
HDL-partikkeleissa, joissa on ApoA. Ne saavat kolesterolia suoraan plasmamebraaneista. Siirto on ABC-kuljetusproteiiniperheen välittämää.
Kolesterolin seurassa viihtyy isoprenoidisivuketjuiset rasvaliukoiset vitamiinit. (Esim. K1 vitamiini kukee kylomikroneissa samaa reittiä ja jakaantuu HDL-ApoA1 ja LDL-ApoB partikkeleihin tietyssä laskettavissa olevassa suhteessa).

KOLESTEROLIN ERITYS

Noin gramma (1 g) kolesterolia erittyy päivittäin kehosta. Noin puolet tästä menee ulostuksen mukana muututtuaan sappihapoiksi. Loput erittyy metaboloitumattomina kolesteroleina.
Sappihapoilla on tärkeä tehtävä rasvojen, kolesterolin, vitamiinien ja lääkkeitten liukoisuudessa ja absorptiossa. Noin 95 % sappihapoista resorboituu uudestaan suolesta ja palaa maksaan maksan porttilaskimon kautta (enterohepaattinen kiertokulku).
Sappihappojen synteesissä on kaksi päätietä, neutraalitie alkaa tahtiarajoittavalla entsyymillä kolesteroli 7alfa-hydroxylaasi. Alternatiivi tie, joka on asidinen, hapan, alkaa 27-hydroxylaasilla. Normaalisti terveillä on neutraalitie pääasiallisessa käytössä.

KOLESTEROLI JA AIVOT

Kolesteroli edustaa 2-3 % aivojen painosta. 25 % kehon kaikesta kolesterolista on asettunut aivoihin. Koska veriaivoneste (BBB) estää tehokkaasti kolesterolin oton aivoihin verenkierrosta suoraan, de novo- synteesi on vastuussa miltei kaikesta aivoperäisestä kolesterolista. BBB ( blood brain barrier) estää isojen molekyylien diffuusion tight junction- tasolla kapillaarien ja endoteelien välillä. On osoitettu, että aivojen endoteelisoluilla on kykyä ottaa LDL-kolesterolia luminaalisten LDLR- reseptoreittensa kautta ja translokoida (siirtää LDL seinämän toiselle puolelle) solujen läpi.

Pääosan aivojen kolesterolista oletetaan olevan kahdessa altaassa, toinen niistä on myeliinitupet (oligodendrogliiat) ja toinen on astrosyyttien ja neuronien plasmamembraanit.
Aivojen kolesterolista on 70 % liittynyt myeliiniin ( hermokaapeleitten eristysaine) Valkeasta aineesta on puolet rakentunut myeliinistä ja toistaiseksi tiedetään aivojen olevan kehon kaikkein kolesterolipitoisin elin. Hermokudos kykenee syntetisoimaan kolesterolia ja synteesitahti lisääntyy aivojen kehityksen aikana, mutta sitten tahti tasaantuu hyvin mataliin tasoihin aikuisuudessa. Jälkimmäinen selittyy hyvin tehokkaasta aivojen kolesterolimolekyylien kierrätyksestä. Tästä seuraa, että aivojen kolesterolin puoliintumisaika aikuisen aivoissa on hyvin pitkä, voi olla jopa 5 vuotta.

DE NOVO SYNTEESI, KOLESTEROLIN UUDISSYNTEESI

HMG-CoA-syntaasi esiintyy joissain neuronaalisissa solupopulaatioissa, mutta muita lukuisia kolesterolisynteesin entsyymeitä aivoista ei ole vielä tutkittu. On havaittu useissa viljellyissä embryonaalisissa tai postnataalisissa animaalisissa neuronisoluissa kolesterolin synteesiä. Tämän väitöskirjan mukaan neuronit vaativat gliaperäistä kolesterolia synapsien muodostumiseen. Siis oma neuronaalinen kolesterolituotanto ei ole riittoisa tai sitä ei ole.
Astrosyytit syntetisoivat 2-3 kertaa enemmän kolesterolia kuin neuronit ja fibroblastit. Myelinisaatioprosessista vastaavat solut, oligodendrosyytit, omaavat vielä suuremman kapasiteetin syntetisoida kolesterolia.
On tehty hypoteesi, että neuronit kaiketi säätävät vaimentumaan postnataalin kehityksen kuluessa omaa kolesterolisynteesiään ja luottavat astrosyyteiltä saatuun kolesteroliin ( Tiedetäänhän, että n. 20 astrosyyttiä passaa yhtä neuronia päätyönään). Astrosyytti puolestaan differentioituu postnataalisesti vapauttamaan kolesterolipitoisia lipoproteiineja ( Lp). Havainto siitä, että neuronien oma kolesterolintuotto ei riitä massiiviin synaptogeneesiin gliasolujen puuttuessa osoittaa, että neuronit ovat riippuvaisia exogeenisestä kolesterolista. Kolesterolisynteesistä pidättäytymisellä neuroni voi erikoistua enemmänkin elektrisen aktiivisuuden generoimiseen eikä sen tarvitse tuhlata energiaansa kalliiseen kolesterolisynteesiin - varsinkaan presynaptisissa terminaaleissaan ja dendriittikärjissään, jotka sijaitsevat kaukana neuronin solukehosta, soomasta.

LIPOPROTEIINEISTA (Lp) KOLESTEROLIA LRP1-PROTEIININ AVULLA

De novo-synteesin lisäksi keskushermosto (CNS) voi saada kolesterolia muillakin tavoilla: ottamalla reseptoreihinsa lipoproteiineja, jotka kuljettavat kolesterolia. Klassinen tie on LDL-partikkeleitten otto LDL-reseptorien avulla (LDLR). Useat kokeelliset tutkimukset ovat osoittaneet, että neuroniviljelmissä ainakin tapahtuu lipoproteiinien endosytoosia, jolloin LDL-partikkeleita saadaan talteen LDL-reseptorin ja LDL-reseptoriin liittyvän proteiinin avulla (LRP1 ja LDL- receptor related protein 1).

LIIAN KOLESTEROLIN ELIMINAATIO

Solut eliminoivat liiat kolesterolit käänteiskuljetuksella (reverse cholesterol transport). Neuroni ei anna eikä tuota kolesterolia muille soluille. Apolipoproteiini E (ApoE) aivoissa (vastaa apolipoproteiini B: tä, ApoB, muualla kehossa). Apo E ei ilmene neuronissa, sen sijaan astrosyytissä. Joten neuroneilla näyttää olevan kaksi strategiaa suojautua liialta kolesterolirasitukselta.

APOLIPOPROTEIINI JA LIPOPROTEIINI, JOKA VOI KULJETTAA RASVJA VERENKIERROSSA.
http://www.hdlforum.org/images/fig-1.gif
http://courses.washington.edu/conj/membrane/lipoprotein.gif

Neuronin yksi tapa vapautua liiasta kolesterolista on käänteiskuljetus, jossa ladataan ApoA1- HDL-partikkeleihin kolesterolia kuljetettavaksi poispäin aivosta kohti maksaa. Tätä mekanismia ei ole vielä luonnehdittu aivojen alueelta, mutta jyrsijöillä kuitenkin on keskushermostonsa neuronaalisissa soluissa ABCA1-kuljettajia.
Lisäksi ApoA1 löytyy esim. aikuisen rotan selkäytimestä. On havaittu myös jonkin verran ApoA-sitoutuneen kolesterolin eritystä likvorin kautta. Perustuen likvorin kolesterolin pitoisuuteen ja likvorin uudistumistahtiin, on arvioitu 1-2 mg kolesterolia erittyvän päivittäin tällä tavalla.

Neuronin kvantitatiivisesti tärkein kolesterolin säätömekanismi on kuitenkin kolesterolin konversio, muuttaminen, 24S-hydroxikolesteroliksi, joka – päinvastoin kuin itse kolesteroli, on vesiliukoinen ja voi mennä veriaivoesteen (BBB) läpi.

ApoE
Apolipoproteiini E on eräs päälipoproteiini plasmassa ja aivoille se on aivan tärkein lipoproteiini, joka kuljettaa kolesterolia. Se voi toimia ligandina koko LDL-reseptoriperheelle (siis se voi asettua kaikkiin LDL-reseptoreihin, kolesterolin vastaanottopaikkoihin).
Keskushermoston alueella LDL esiintyy pyöreänä tai kiekkomaisena HDL:n kaltaisena partikkelina Arvellaan, että astrosyyttien kyky tuottaa ApoE-partikkeleita on korkein. Soluviljelmissä nämä solut kykenevät erittämään ApoE-partikkeleita kolesteroleineen viljelyväliaineeseen. Tällä gliasoluperäisellä ApoE-tuotannolla on tehtävänä varustaa neuroneita tarvittavalla kolesterolilla synapsien rakentamista varten ja toisaalta ne ovat vuorovaikutuksissa muihinkin tärkeisiin funktioihin, jotka säätyvät samaisten LDLR-perheen reseptorien kautta. Koska ApoE- ja kolesterolipitoisia hiukkasia on likvorissa, on ilmeistä, että aivoissa on jonkin asteista lipoproteiinien kiertoa ja että ApoE voisi olla päätekijä kolesterolin jakamisesta huolehtivassa verkostossa.

ApoE- alleelimuoto vaikuttaa kolesterolin kuljetuskyvyn tehokkuuteen, joten alleeli kuten ApoE4 katsotaan pääriskitekijäksi Alzheimerin taudissa. Se on myös merkittävä riskitekijä muissakin neuronaalisissa vaurioissa, myös päävammoista toivuttaessa ja muissa keskushermostoa kohtaavissa stresseissä. Oletetaan ApoE:n olevan avainasemassa neuronien normaalissa ylläpidossa ja plastisuudessa (remodelling) samoin korjaantumisissa vauriovasteena - tällaisissa prosesseissa on ApoE4 paljon tehottomampi kuin ApoE3 tai ApoE2.
Ei vielä tiedetä, miten ApoE4 vaikuttaa neuronaaliseen degeneraatioon tai korjaantumisprosessiin ( repair).

KOLESTEROLIN VIRTAUS ( efflux) AIVOISTA ULOSPÄIN

Kolesterolin uudelleen käyttäminen ja kierrätys solujen kesken on tärkeä säätelytekijä aivojen kolesterolin homeostaasissa. Näyttää olevan tarpeellista jonkin asteinen erittäminen aivoista poispäin, jotta kolesteroli olisi tasapainossa. Kolesterolin muuttuminen entsyymillä aineenvaihduntatuotteeksi 24S-hydroxykolesteroliksi, joka kykenee menemään BBB:n läpi, on lähiaikoina pystytty osoittamaan tärkeimmäksi eritysmekanismiksi.
Aivojen arteriovenöösisen konsentraatioeron mittaus on osoittanut, että 24S-hydroxy-kolesterolin poistuma aivoista verenkiertoon vastaa 6 -7 mg päivässä. Maksassa on vastaavaa oxysterolin ottoa, josta voi päätellä että aivot ovat ihmisellä ainoa lähde, mistä kehittyy 24S-oxysterolia.
Entsyymi kolesteroli 24-hydroxylaasi tai CYP46A1, sytokromi P-450-entsyymi, vastaa kolesterolin 24S-hydroxylaatiosta ja sitä löytyy neuronaalisista soluista ja se osoittaa kolesterolin erityksen saavan alkunsa neuroneista käsin ennemminkin kuin gliiasoluista käsin. Mutta sen sijaan vakava-asteisessa AD -sairaudessa oli havaittavissa kolesteroli 24-hydroksylaasin immunoreaktiivisuutta gliaasoluissakin.
Koska miltei kaikki 24S-hydroxykolesteroli on aivoperäistä, sitä voi käyttää aivojen kolesterolihomeostaasin sijaisindikaattorina. On osoitettu, että tämän oxysterolilajin pitoisuudet verenkierrossa heijastavat aivoperäisen kolesterolin tuoton ja maksan metabolian välistä tasapainoa. Kerebraalinen tuotanto on osoittautunut vakioksi, kun taas maksan aineenvaihdunta vaihtelee iän mukana. Kun tämä suhde aivojen ja maksan kesken on vastasyntyneessä 1:4 ja aikuisella 1 : 1, plasmapitoisuudet ovat korkeat ensimmäisen vuosikymmennen aikana, mutta jokseenkin vakioiset toisen vuosikymmenen jälkeen. On tendenssiä oxysterolien veripitoisuuden nousuun 60. ikävuoden jälkeen mahdollisesti johtuen maksan aineenvaihdunnallisen kapasiteetin vähenemisestä.

Koska aktiivien neuronisolujen lukumäärä on todennäköisesti tärkeä seikka 24S-hydroxykolesterolin kerebraaliselle tuotannolle, ei ole yllättävää, jos eri neurologisissa sairauksissa raportoidaan veren 24S-hydroxykolesterolipitoisuuksien muutoksista. 24S-hydroxykolesterolia kuljettaa verenkierrossa samat lipoproteiinit kuin kolesteroliakin, joten muutokset lipoproteiinien sisällössä ja tilavuudessa vaikuttaa myös 24S-hydroxykolesterolien pitoisuuksiin. Tämä suhde täytyy ottaa huomioon, kun käytetään 24S-OH-kolesterolia marköörinä aivojen kolesterolihomeostaasista. Tilanteissa, jolloin plasman kolesterolipitoisuudet vaihtelevat, suhde 24S-OH-kolesterolin ja kolesterolin välillä (24OHC/chol) heijastanee paremmin aivojen kolesterolin homeostaasia kuin absoluuttiset pitoisuudet.

Neurodegeneraation (neuronimäärän vähetessä neuronikadossa) olettaisi johtavan alentuneisiin 24-hydroxylaasipitoisuuksiin ja sitä seuraavaan 24S-OH-kolesterolin vähentyneeseen muodostukseen ja verisuonistoon siirtymisiin ( efflux). Tällainen vähenemä AD-taudissa heijastaa todennäköisesti 24-hydroxylaasia sisältävien neuronien alentunutta lukumäärää. Nämä löydökset ovat yhdensuuntaisia aiempien huomioitten kanssa huomattavasti alentuneista plasman 24S-OH-Chol arvoista vakavassa AD-taudissa- verrattuna terveisiin kontrolleihin.

KOLESTEROLIHOMEOSTAASI ALZHEIMERIN TAUDISSA

http://ladulab.anat.uic.edu/research0.shtml

Viimeksi kuluneina viitenä vuotena on havaittu mahdollista yhteyttä AD-taudin ja kolesterolin kesken.
Hyperkolesterolemiaa on jo kauan pidetty tärkeänä riskitekijänä AD-taudin kehityksessä.
ApoE4-genotyyppi on suurin riskitekijä myöhään alkavalle AD-taudille.
ApoE4 omaa alentuneen kyvyn kuljettaa lipidejä ja lisäksi se on huonommin antioksidanttinen kuin ApoE3.
AD-taudissa on tyypillistä kohonnut reaktiivisten happi- ja typpilajien tuottuminen (ROS, NO). Näillä on kyky oxidoida lipidejä. Suojaavien antioksidanttitekijöitten menettäminen pahentanee mitä tahansa oxidatiivisesta stressistä johtunutta vauriota. ( Oma kommentti: K1 vitamiinin tarve Apo E4 alleellia kantavilla on suurempi).

AMYLOIDIN MUODOSTUS JA STATIINIEN EDUT

Kokeellisesti aiheutettu kaniinin hyperkolesterolemia johtaa patogeenisen amyloidi beeta peptidin ( A beeta) kertymään aivostoon. Kun toisaalta BBB estää tehokkaasti perifeerisen kolesterolin pääsyn aivoon, tämän akkumulaation taustatekijät ovat hämärän peitossa. Soluviljelmissä lisääntyneet kolesterolipitoisuudet edistävät A-beetan muodostumista APP-proteiinista käsin (Amyloid Precursor Protein). Vähentyneet kolesterolipitoisuudet puolestaan estävät A beeta muodostusta APP:stä.

Aivan äskettäin on osoitettu statiinien käytöllä olevan AD-taudissa 40 -70 % riskin vähenemää ( lovastatiini, pravastatiini mm) .
(Statiini on HMG-CoA-reduktaasientsyymin estäjä, kehon oman kolesterolisynteesin alkuvaiheesta). Kuten ateroskleroosissa niin samalla tavalla AD-taudissakin sekä kolesterolista että siitä riippumattomista efekteistä käsin selittyy statiinien edullinen vaikutus. Neuronisolulinjoissa ja perifeerisissä soluissa statiinit näyttävät edistävän suotuisaa vaihdetta APP-proteiinin prosessoinnissa kohti neurotrooppisen APP-peptidin erittymistä ja samantien suuntautumista poispäin patologisesta A-beetatuotannosta. Kun statiinit vähentävät kolesterolia kalvomembraaneista, alkaa alfa-sekretaasi lisääntyä aktiivisuudeltaan ja vastaavasti haitallinen beeta-sekretaasi- välitteinen APP-proteolyysi vähenee. ( beeta-sekretaasi kuluu hankaliin Asp-proteaaseihin).

Ylläolevista havainnoista voi päätellä, että kolesterolin poistaminen ulos neuronista on tärkeä näkökohta neuronin hyvinvoinnissa. Neuronaaliset vauriot voivat johtua monesta syystä, näitä ovat mm. A-beeta-peptidin indusoima vaurio, hapen puute, akuutti päätrauma, oksidatiivinen stressi tai mikä tahansa vaurio, johon vaaditaan korjausvaste ( repair response ), Koska AD ilmentää oireitaan vuosikymmenten varrelta, ApoE4 on suhteellisen kykenemätön vastaamaan tehokkaasti kroonisiin vaurioihin ja täten - sen lipideistä riippumattomien vaikutusten lisäksi - se on vahvasti assosioitunut AD-tautiin.

ENTÄ OXYSTEROLIT ?
http://www.nature.com/nm/journal/v9/n2/images/nm0203-168-F1.gif

Oxysterolit ovat kolesterolin esiasteita ( prekursoreita) tai yhden hapen johdannaisia. Ne ovat tärkeitä välituotteita ja lopputuotteita kolesterolin eritysteissä. Oxysterolien nopea hajoaminen ja eritys kiihtyy niiden kemiallisista ominaisuuksista sallien niitten kulkea lipofiilisten kalvojen läpi ja asettua uusiin paikkoihin kehossa paljon nopeammin, mitä kolesteroli itse voi tehdä. Happimolekyylin johdattaminen kolesterolimolekyyliin muuttaa sen paljon polaarisemmaksi samalla voimakkaasti vähentäen sen puoliintumisaikaa ja johdattaen sen eritystielle tai oksidoitumaan vesiliukoisina sappihappoina.

Oxysteroleita löydetään kolesteroliin konjugoituneena miltei kaikissa biologisissa sijaintikohdissa tosin vähemmissä pitoisuuksissa (10-1000 kertaa vähemmissä). Kolesterolin spontaani oksidaatio on hyvin tunnistettu ilmiö ja sanotaan auto-oksidaatioksi. Tämä on non-entsymaattista ja voi alkaa eri yhdisteitten vaikutuksesta kuten eri radikaalilajeista, lipidiperoksideista (LOO*) ja divalenteista metallikationeista kuten Cu2+. Rakenteensa takia kolesteroli on auto-oksidaatiolle altis monista asemistaan – erityisesti allyyliasemastaan C-7 se on peroksiradikaaleille altis. Oksidatiivisen hyökkäyksen primäärituotteita ovat
epimeeriset C-7 peroxy-radikaalit, jotka siten muodostavat jatkossa epimeerisiä kolesteroli-7-hydroxyperoksideja.
Nämä yhdisteet käyvät läpi nopeita termisiä hajoamisia tuottaen
7-alfa-hydroxy-, 7-beeta-hydroxy- ja 7-oxohydroxy-kolesterolien seoksia.
Näitten auto-oksidatiivisten prosessien lisäksi muutamia oxysteroleja muodostuu spesifisillä entsyymeillä, useimmat niistä kuuluvat sytokromi P-450-superperheesen. Sellaisten entsyymireaktioitten tuotteet ovat pääasialliset edustajat verenkierron oxysteroleissa:
Kolesteroli 7-alfa-hydroxylaasit tai CYP7A1 vastaavat 7-alfa-hydroksykolesterolin tuotosta.
Steroli 27-hydroxylaasi tai CYP27A1 vastaa 27-hydroxykolesterolin tuotosta.
Kolesteroli 24-hydroxylaasi tai CYP46A1 vastaa 24S-hydroxykolesterolin tuotosta.
Sytokromi P450 3A4 tai CYP3A4 vastaa 4beeta-hydroxykolesterolin tuotosta
ja lopuksi steroli 25-hydroxylaasi ( ei sytokromi p450 entsyymi)
vastaa 25-hydroxykolesterolin tuotosta.

OXYSTEROLIEN OMINAISUUKSISTA

Kolesteroli järjestää ja kondensoi nestefaasin rasvahappoketjuja ja estää fosfolipidien hiilivetyketjujen aggregoitumisen lämpötilan aletesssa inhiboimalla tai surkastamalla lämpötilan indusoimia faasimuutoksia johtaen täten membraanin sopivaan fluiditeetin alentumaan. ( Dolikoli lisää fluiditeettiä).
Hyvä bipolaarinen kalvorakenne on sellainen kolesterolin orientaatiolta, että 3beeta-hydroxyyliryhmät ovat interaktiossa fosfolipidien polaaristen ryhmien kanssa ja muu osa molekyyliä on asettunut luotisuoraan kalvotason suhteen. Polaarisen ryhmän lisääminen distaaliseen 3beeta- hydroxyyliryhmään ( esim sterolisivuketjussa) johtaa huomattavaan muuntumiseen sterolin konfiguraatiossa ja interaktioihin kalvoon asettuneitten rasvahappoketjujen kanssa Energeettisesti on tällöin edullisinta, että oxosteroli erkanee pois kalvosta ja translokoituu vetisemmän alueen puolelle sopivammalle akseptorille. Tästä seuraa, että nämä oxysterolit kykenevät liikkumisiin lipofiilisten osastojen välissä monta kertaa nopeammin kuin kolesteroli. Niinpä sivuketjujen 24- ja 27- hydroxykolesterolien muodostus on tärkeä kolesterolin poistamiseksi perifeerisistä kudoksista.

30 v sitten Kandutsch esitti kolesterolihypoteesinsa: Kolesterolin säätelevät vaikutukset siihen itseensä tapahtuu lähinnä oxysterolien kautta eikä niinkään itse kolesterolimolekyylin välityksellä. Todellakin on havaittu oxysteroleilla kykyä vaikuttaa erääseen orporeseptorien ala-lajiin, maksan X-reseptoriin (LXR) ja monta LXR-responsiivistä geeniä on mukana säätämässä lipidien homeostaasia (ABCA1, CETP, SREBP-1c, apoE).

Oxysterolit ovat sytotoksisia. Kolesteroli antagonisoi oxysterolien vaikutusta ja yleensä kolesterolin suhde oxysteroleihin on 10 000-kertainen tai suurempi. (>10Ex4).

24-HYDROXYKOLESTEROLI

24- OH-Chol muodostuvat pääasiassa aivoissa, joissa sitä esiintyy enemmän kuin missään muualla kehossa ( 4-15 ng/mg aivojen painoa). Aivot ovat ainoa elin, joissa on havaittavissa 24-hydroxylaasi mRNA. Tätä oxysterolia tuottuu aivoista verenkiertoon 6-7 mg päivässä suorana kuljetuksena BBB:n kautta pääasiassa. Noin 1 % menee likvorin kautta. Analyyseissä 24-hydroxylaasin mRNA esiintyy runsaiten harmaassa aineessa ( putamen, cortex, caudatus, amygdala) ja vähemmän valkeassa aineessa (esim. corpus callosum). Koe-eläimeltä löydettiin tätä entsyymi mRNA:ta runsaasti neuroneista em. alueissa, lisäksi hippocampuksesta ja talamuksesta. Entsyymiproteiinia löytyi neuroneista kaikissa cortexin kuudessa kerroksessa, korkein pitoisuus oli pyramidaalisoluissa ( kerroksessa IV oli vähiten ja siinä on non-pyramidaalisia soluja paljon. Entsyymi sijaitsi perinukleaarisesti neuronin soomassa mikrosomaalisesti.

27-HYDROXYKOLESTEROLI

27-OH-Chol- molekyyliä muodostaa kolesterolista käsin useimmat extrahepaattiset elimet steroli 27-hydroxylaasilla, sytokromi P-450-lajit sijaitsevat mitokondrian sisäkalvoissa. Tällä on tärkeää osuutta sappihappojen synteesin acidisessa tai alternatiivisessa tiessä ja täten kolesterolin eliminaatiossa. Jos entsyymipitoisuus on korkea, tapahtuu edelleen oksidoitumista 7alfa-3-oxo-4-kolesteenihapoksi (cholestenoic acid). Sama entsyymi 27-hydroksylaasi osallistuu myös extrahepaattisten solujen kolesterolin käänteiskuljetukseen.
27-OH-kolesteroli pääsee samoin kuin em. kolesteenihappokin plasmamembraanin lävitse eri lipoproteiineihin ( päinvastoin kuin kolesteroli, joka ei pääse kulkemaan siten ).
Tärkeää päivittäistä kolesterolin eliminoimista kehosta tapahtuu tämän 27-OH-kolesterolin avulla. Extrahepaattisista kudoksista tuotetaan tätä maksaan ja maksa ottaa noin 20 mg päivässä 27-oxygenoituja tuotteita. Tätä ottoa normaaliolosuhteissa vastaavaa on 4 % kaikesta sappihapon tuotosta.
Vakavaa ateroskleroosia potevilla tapaa olla verenkierrossaan korkeampia ja heterogeenisempiä pitoisuuksia 27-oxygenoituja tuotteita kuin terveissä. Aivoissa esiintyy sekä 27-OH-Chol että 27-hydroxylaasia. Aivojen arteriovenöösisen konsentraatioeron mittauksissa tämän oxysterolin suhteen ei havaita erityistä aivojen 27-OH-Chol- tuotantoa. Aivan äskettäin on päinvastoin havaittu tämän steroidin suhteen talteenottonettoa aivoihin päin verenkierrosta käsin.
Aivoista on löydetty entsyymejä, jotka voivat muuntaa 27-OH-kolesterolin steroidaalihapoksi.
Rotan gliiasolut ja neuronit voivat muuntaa 27-OH-kolesterolin 7alfa-3-oxo-4-kolesteenihapoksi. Tätä happoa löytyy subduraalihematoomasta 5 kertaa suurempina pitoisuuksina kuin plasmasta.

AD TAUTI JA STEROLIEN MUODOT

Usean eri aivoalueen sterolikompositiota AD-taudissa on vertailtu vastaavan ikäisten miesten ja naisten näytteisiin. AD-aivoissa oli kaikissa neljässä tutkitussa alueessa 27-OH-Chol-määrät koholla kontrolleihin verrattuna. Myös iäkkäillä APP-transgeenisellä hiirillä oli 27-OH-Chol korkeampi kuin kontrolleilla. Äskettäin on osoitettu normaaliaivojen neuroneissa, joissakin astrosyyteissä ja oligodendrosyyteissä tavatun 27-hydroxylaasia. AD-taudissa 27-hydroxylaasi oli päinvastoin alentunut neuroneissa ja kohonnut oligodendrosyyteissä.
7-oxygenoituneet kolesterolilajit

Kolesterolin auto-oksidaatiolla muodostuu 7oxo-, 7alfa-hydroxy- ja 7beeta-hydroxy-kolesterolia.
7alfa-OH-kolesterolia
voi myös muodostua kolesteroli 7alfa-hydroxylaasilla, jota esiintyy ainoastaan maksassa ja se toimii sappihapposynteesin pääsäätelyvaiheessa. 7alfa-OH-kolesterolin plasmatasoja voidaan käyttää sappihapposynteesin indikaattorina.

Aiemmin jo on ehdotettu, että 7beeta-OH-kolesterolia in vivo voidaan pitää oksidatiivisen stressin indikaattorina.

7-oxygenoiduilla steroleilla on osoitettu olevan sytotoksisia ja pro-apoptoottisia vaikutuksia, vaikka näissä tutkimuksissa onkin käytetty epäfysiologisia määriä näitä oxysteroleja.

MS JA OXYSTEROLILAJIT

Äskettäin on eräs tutkijaryhmä osoittanut MS-potilailla hyvin korkeita 7-oxokolesterolipitoisuuksia likvornäytteissä. Nämä tasot olivat 5-10 mg/ L, eli 1000-5000 kertaa korkeampia kuin 24- ja 27- OH-kolesterolipitoisuudet em. väitöstyössä. Julkaisun mukaan 7-oxokolesteroli meni nopeasti tumaan ja aktivoi poly-polymeraasin (poly-ADP-riboosipolymeraasi-1, PARP-1), mistä seurasi migraatiota säätelevän integriinin ( CD11a) ja intersellulaarisen adheesiomodulin (ICAM-1) expressio - tämä tapahtui in vitro samoissa pitoisuuksissa kuin likvorissa havaittu 7oxo-kolesteroli. Korkeitten 7oxo-kolesterolitasojen havaittiin myös indusoivan neuronaalista vauriota, jonka välitti aktivoituneet gliasolut. Tämän mekanismin katsottiinkin pitävän yllä MS-sairauden patogeneesin avaintekijää, pysyväistynyttä neuronaalista vauriota.

OKSIDATIIVINEN STRESSI JA LIPIDIPEROKSIDAATIO

Oksidantteja ovat reaktiiviset happilajit (ROS), reaktiiviset typpilajit (RNS), rikkikeskiset radikaalit(S) ja useat muut yhdisteet.
Biologisissa järjestelmissä tärkein reaktiivinen oksidatiivista stressiä välittävä laji on radikaalit, molekyylit, joissa on yksi tai useampi pariton elektroni, joka on hyvin reaktiivinen biomolekyylejä kohtaan. Radikaalit (*) propagoituvat johtaen vaurioon.

Lisäksi on toisia reaktiivisia molekyylejä, erityisesti hapesta johtuvia, jotka eivät ole radikaaleja, mutta silti hyvin reaktiivisia, esim. vetyperoksidi H2O2 ja ”singlet oxygenum” (1∆O2).

Oksidantteja tuottaa jonisoiva säteily (IR), kemialliset reaktiot, entsyymit, redox-katalyysi vaikuttaessaan transitiometalleihin tai entsyymeihin sidottuihin metallijoneihin.

Solun oksidatiivisen stressin lähteet ovat:
Reaktiivisten happilajien muodostus hapen epätäydellisesti redusoituessa mitokondrian hengitysketjussa.
Kehon puolustusjärjestelmän keinot käyttää NADPH-oxydaasi-välitteistä oxidatiivista purkausta superoxidiradikaalin tuottamisessa ja myeloperoxidaasia tekemässä hypokloorihappoa.
NO-synteesiä tekee ryhmä NOS-entsyymejä, jotka muuttavat L-arginiinin NO. radikaaliksi ja L-sitrulliiniksi. Jos on läsnä happea tai superoxidia, NO radikaali muuntuu reaktiivisemmiksi lajeiksi kuten typpidioksidiksi ja peroxynitriitiksi.

Lipidiperoksidaatio (LPO) ( härskiytyminen) tapahtuu vapaitten radikaalien ketjureaktioissa, jolloin yksi radikaali voi peroksidoida suuren joukon molekyylejä, monityydyttämättömissä rasvahapoissa (PUFA). Niinpä LPO on pääsyy kudosten radikaalivaurioihin. Ketjureaktio alkaa vetyatomin irtinyhtäisystä jonkin monityydyttämättömän rasva-hapon metyleeniryhmästä
(-CH=CH-). Tyydytetyt (SFA) tai kertatyydyttämättömät (MUFA) rasvahapot eivät ole niin alttiita peroksidoitumisiin. Rasvahapporadikaali L* reagoi nopeasti molekyläärisen hapen kanssa ja muodostaa lipidiperoxyyliradikaalin LOO*. Tämä taas voi jatkaa ketjureaktiota ja nykäistä itselleen uuden H-atomin jostain rasvahaposta jne. LOOH ja L* jne. Reaktio voi päättyä vasta kun syntyy sellainen lopputuote NRP , joka ei ole radikaali (NRP, non –radical products). ( E-vitamiini, tokoferoli, tarjoutuu välittäjäksi ja tekee vähemmän vaarallista radikaalia itsestään välillä TE* fiksaten siten itsensä muilla antioksidanteilla)

Jos kehossa on transitiometallien joneja, rasvahappoperoksidit voivat vaikuttaa lipidioksidaation alkamista, kun metallit ovat redox-kierrollaan.
LOOH + Me ( n+) = LO* ja Me (n-1) +
LOOH+ Me (n-1)+ = LOO* ja Me (n+)
Lipidiperoxidit, oli sitten katalyyttisiä metalleja läsnä tai ei, voivat johtaa monenlaisiin tuotteisiin kuten pitkiin ja lyhyisiin pätkiin erilaisia aldehydejä, fosfolipidejä, kolesteroliesteriytimen aldehydejä. Niitten määrä voi kuvata LPO-astetta.

OXYSTEROLIT MERKKINÄ OKSIDATIIVISESTA STRESSISTÄ

Oxysterolit merkkinä oksidatiivisesta stressistä, lipidiperoksidaatiosta ja ateroskleroosista
Lipidiperoksidaatiolle sekundäärisenä kolesterolimolekyylin oksidoituminen on syynä biologisten kalvojen eräitten oxysterolien muodostumiseen.
LDL-kolesterolin oxidatiivinen modifikaatio johtaa 7- ja 5, 6- oxygenoitujen lajien tuottoon.
7-oxygenoituja steroleita tuottuu 7-OH-kolesterolin reduktiossa tai dehydraatiossa.
5,6-epoxideja muodostuu 7-peroxyyliradikaalin reagoidessa kolesterolin C-5 hiilen kaksoissidokseen. Näitä oxysteroleja voitaneen käyttää in vivo- lipidioksidaation merkkiaineina. Haittana on laboratoriomittauksen aikainen auto-oksidaatio tutkituissa kolesteroleissa. Vanhoissa tutkimuksissakin tämä on virhelähde.

7-OH-Chol, primäärinen 7-oxygenoitunut tuote, näyttää olevan oksidoituneen LDL-partikkelin kaikkein sytotoksisin oxygenoitu lipidi. 7-OH-Chol hajoaa nopeasti muodostan 7alfa-, 7beeta-OH-Chol ja 7-oxo-kolesterolia, joita kaikkia löydettäneen korkeissa pitoisuuksissa vaahtosoluissa ja rasvaraidoissa. On ehdotettu pidettäväksi 7beeta-OH-Chol- mahdollisena heijastuksena oksidatiivisesta stressistä in vivo.

27-OH-Chol verenkierrossa puolestaan voisi heijastaa antiaterogeenista puolustusta joissain potilaissa taudin muutamissa vaiheissa.

VERIAIVOESTE, BBB ( Blood-brain barrier)

Joskus tällä termillä tarkoitetaan kaikkia mekanismeja, jotka säätelevät ja suojaavat aivojen sisäistä miljöötä. Mutta tarkasti ottaen termi tarkoittaa plasmaproteiinien suhteellisen rajoittunutta pääsyä aivoon. Este toimii molekyylikoosta ja lipidien liukoisuudesta riippuvana diffuusion pidäkkeenä. Tähän valikoitumiseen vaikuttaa tiiviit liitoskohdat (tight junction) niin aivokapillaarien endoteelisolujen ( veri-aivo-esteen) puolella kuin myös tiiviit liitoskohdat koroidaalisten punosten epiteelisolujen kärkien puolella ( veri-likvor-este).
Näiden endoteelisolujen basaaliosat ovat asettuneet läheisten astrosyyttien ulokkeitten ympärille (”foot processes”). Aivokapillaareista ei ole aukkoja, ja niitten vesikulaarinen kuljetus on hyvin vähäistä. Vierekkäiset solut ovat niin tiiviisti liittyneitä toisiinsa, että parasellulaarista molekulaarista diffuusiota ei tapahdu tai se on hyvin vähäistä. Nämä kapillaarien endoteliaaliset solut muodostavat vahvan resistenssiesteen, missä molekyylien vaihtuminen plasman ja likvorin kesken tapahtuu kahden paralleelisen, jokaista kapillaariendoteelisolupintaa peittävän plasmamembraanin kautta. Nämä kalvot antavat vapaata kulkua vedelle ja veteen liukoisille aineille ja sisältävät monta kuljetusproteiinia. Lisäksi nämä kaksoiskerrokset sallivat permeabiliteettiä lukuisille hydrofobisemmille molekyyleille, kuten steroleille, jotka pystyvät diffundoitumaan BBB:n kautta aktiviteettigradientin mukaan. Virtaus riippuu siitä liukoisuuden asteesta, minkä molekyyli voi hankkia veressä tai extrasellulaarinesteessä - sekä passiivista permeabiliteettivakiosta. Tärkeä huomata, että sterolin ( kuten kolesterolin) ollessa hydroksyloitunutta, nousee vesiliukoisuus passiivisen permeabiliteetin aletessa. Joten nettovaikutuksena hydroxylaatiosta havaitaan suuresti kohonnut molekyylien passiivinen diffuusio BBB:n kautta.

BBB OMAA TEHTÄVÄNÄÄN KESKUSHERMOSTON (CNS) SUOJELEMISEN
niiltä aineitten pitoisuuksien aaltomaisilta vaihteluilta, mitä verenkierron puolella tapahtuu. Kun BBB rikkoutuu, seuraa neuroneihin sekundaarisia vaurioita ja sellaista rikkoutumista tapahtuu eri taudeissa, kuten halvauksissa, aivokasveissa, autoimmuunitaudeissa, infektioissa ja aivotraumoissa.

BBB- funktioon ja tiiviitten liitoskohtien toimintaan vaikuttaa suuri joukko sytokiineja, jotka toimivat niin fysiologisissa kuin patologisissa tiloissa extrasellulaarisina signaaliaineina ja vaikuttavat yleensäkin soluvälien liittymisiin ja suonen endoteelien läpäisevyyteen.

Pro-inflammatorisia sytokiineja ovat interferoni-gamma (IFN-gamma) ja TNF.
IFN-gamma muuttaa parasellulaarista läpäisevyytta BBB:ssä.
Ne yhdessä vaikuttavat pienimpien suonien endoteeliseinien läpäisevyyteen.
TNF yksinään lisää solujen välistä aukkoa.
TGF-beeta lisää silmän verkkokalvon endoteelin läpäisevyyttä tuottamalla gelatinaasi B- entsyymiä
IL-1, IL-4, IL-13, TGF-alfa,VEGF, IGF-1 ja –II vähentävät epiteelisen ja endoteelisen solun esteominaisuuksia
Proteolyysi taas hajoittaa tiiviin liitoksen rakenne-elementtejä- tätä estää metalloproteinaasi-inhibiittorit (TIMPs) Tästä voi päättää, että proteolyysillä on osuutta permeabiliteetin säädössä.

BBB voidaan aukaista kokeellisesti gelatinaasiA-injektiolla koe-eläimellä. Tämän estäjänä taas toimii TIMP-2 ( Tissue Inhibitor of MetalloProteinase), luonnollinen metalloproteinaasin estäjä, jonka on havaittu blokeeraavan BBB-avautumisia.

AIVOSELKÄYDINNESTE
Likvor, CSF, Cerebrospinal fluid
Aivoselkäydinneste, vesikirkas neste, on kolloidaalinen ja luonteeltaan kuten plasma.
Likvormäärä erittyy koroidaalisista punoksista- ne ovat kuin lehdykkä ryväs tiiviitä aukollisia hiussuonia ja laskimoita, joita peittää ns. ependyymisolut ja nämä lehdykät ulottuvat aivokammioitten sisätiloihin tietyissä kohdissa aivojen sivukammioita (I ja II), keskisessä (III) aivokammiossa ja (IV) takimmaisessa aivokammiossa. Endolikvor ( kammiolikvor) virtaa siten takimmaisen, neljännen aivokammion kulmien aukoista suuntautuen kaikkialle ulommalle pinnalle subaraknoidaaliin eli lukinkalvonalaiseen tilaan ja subaraknoidaalisiin kisternoihin ( exolikvor). Likvormäärät sitten siirtyvät araknoidean nukkajärjestelmän kautta kovan kalvon laskimoaltaisiin; tämä likvor määrä vaihtuu 4-7 kertaa vuorokaudessa. (Luonnollisesti produktiokammioitten sisätila on suhteellisen vakio). Yhden hetken määrä ja tilavuus likvornestettä on mitaltaan 140-170 mL. Likvor toimii mm hydraulisena tärähdyksen vaimentajana ja aivoviemärinä.
Aivojen solunulkoinen extrasellulaarinen neste (ec) on suoraan yhteydessä exolikvoriin. Likvorin sisältö heijastaa siis tätä extrasellulaarista miljöötä aivoista ja selkäytimestä. Exolikvorin ja plasman pääeroavaisuudet ovat likvorin natriumin ( Na+), kloridin ( Cl-), glukoosin ja proteiinien ( 0.1-04 g/L lähinnä albumiinin) pitoisuudet. ( Endolikvor poikkeaa tästä, mutta sitä ei mitata, se on kaliumpitoista).

Likvorin laboratoriotutkimuksista
Tästä saa tietoa leukosyyttien määrästä, albumiinista, immunoglobuliineista, virologisista seikoista ( Ig-synteesit, PCR, viljelyt, vasta-aineet). Albumiini (liquor):Albumiini (seerum) suhde on indikaatio veri-likvor esteen dysfunktiosta ja likvorin virtausnopeudesta.

Multippeli Scleroosi (MS)
MS on tavallisin keskushermoston tauti ja siihen on sairastunut 250 000-300 000 USA:ssa ja varsinkin nuorisoa kohtaavana se on pääsyitä neurologisiin sairauksiin. Etiologia on hämärän peitossa, vaikka sitä on tutkittu vuosisatoja. Ei vieläkään ole tehokasta terapia, joka voisi vähentää kohtauksia ja sairauden pahenemista. Viime vuosikymmenen aikana tosin on tullut valoa patogeneesiin ja terapiaankin. MS on immuunivälitteinen häiriö geneettisesti alttiissa yksilössä. Demyelinisoituneet plakit ovat kroonisen MS-taudin merkkejä: ne alueet ovat hyvin rajoittuneita hyposellulaarisia ja niistä on myeliini kadonnut, aluksi aksoni on jokseenkin hyväkuntoinen ja muodostaa astrosyyttiarpea , paikallista BBB-vauriota tapahtuu. Leesiot valitsevat ensisijaisesti optisen hermon (Nervus opticus), periventrikulaarisen valkean aineen, aivorungon, pikkuaivot ja selkäytimen valkoisen aineen. Ja tavallisesti verisuoni ympäröi aluetta. Pitkään ajateltiin, että MS on keskushermoston autoimmuuni demyelinisoiva häiriö, jonka aiheuttaa autoreaktiiviset T-solut myeliinin proteiineja kohtaan. Mutta nyt on osoitettu, että häiriö voi alkaa oligodendrosyyttien apoptoosista. Aksonin degeneraatiota tapahtuu myös ja niitä kuvattiin aiemmin myeliiniplakkeina. Arvioitu aksonien kato kroonisessa selkäydinvauriossa pitkäaikaissairaalla on 58-68 % vaikka axonivauriota tapahtuu kaikissa leesioissa, niin pahimpana se on varhaisleesioissa.

Miten aksonivaurio MS-taudissa tapahtuu?
Taustalla voi olla useampia mekanismeja, kuten BBB-dysfunktio, paikallinen tulehdus, raudan saostuma ja distaaliset vaikutukset Wallerian degeneraatiosta. Näihin osallistuu T-solut varsinkin TCD8+, mikrogliat ja makrofagit. Mutta kyse voi olla myös pitkäaikaisesta myeliinidegeneraatiosta, johon johtaa natriumkanavien uudelleen sijoittautumiset tai oligodendrosyyttientsyymien ja myeliiniproteiinien puute. Axonin vauriota ja globaalia degeneraatiota tästä seuraten voi tapahtua. Diskonnektiota voi aiheuttaa myös hypometabolia syvemmissä ja kortikaalisissa harmaissa rakenteissa. Neuronien ja volyymin katoa on havaittu myös harmaan aineen puolelta. Neuroneitten ja harmaan puolen degeneraatiota voi esiintyä myös itsenäisesti patologisten rautasaostumien seurauksena.
RR-MS ( relapsing-remitting) oireita on 80 %:lla. Kliiniset oireet alkavat toisella tai kolmannella vuosikymmenellä. Kortikosteroidit antavat hoitovastetta.
Noin 20 % kehittää PP-MS-taudin (Primary Progressive MS), jossa on asteittain progredioiva kulku.
SP-MS-tyyppinen kulku ( Secondary Progressive MS) voi alkaa relapsin jälkeen
ja progressiota voi tapahtua relapsien välillä.
Oksidatiivisella stressillä on tärkeä osuus MS-taudin patogeneesissä. Makrofagit kehittävät ROS ja tämä välittää demyelinisaatiota ja aksonivaurioita MS-potilailla ja koe-eläimillä, joilla on autoimmuuni enkefalomyeliitti. ROS aiheuttaa vaurioita pääasiallisille solukomponenteille, kuten lipideille, proteiineille ja nukleiinihapoille (RNA, DNA) aiheuttaen solutuhoa joko solunekroosilla tai apoptoosilla. (MRI tutkimusta käytetään diagnostisena)

Alzheimerin tauti
AD on progressiivinen neurodegeneratiivinen tauti, jota luonnehtii extrasellulaariset plakkimuodostukset, A beeta peptidi, intrasellulaariset hyperfosforyloiduin tau-proteiinin neurofibrillit (neurofibrillary tangles) ja neuronien katoama. Prosessi alkaa siitä, että aivokuorella alkaa kertyä intrasellulaarinen ja extrasellulaarinen A beeta –peptidi ja siitä seuraa migrogliaalinen ja astrosyyttien aktivaatio ja oksidatiivista vauriota. Lopulta tapahtuu neuronaalinen ja synaptinen kombinoitu toiminnanhäiriö ja neuronien katoama, mikä ilmenee kognitiivisen toiminnan vahvana laskuna, dementiana.
On kertyvää epidemiologista ja kokeellista faktaa siitä, että kolesteroliaineenvaihdunnan häiriöllä on tärkeä osuus AD-taudin kehittymisessä. Aivojen pallopinnan vuosittainen atrofia on AD-taudissa 2-3 % verrattuna terveisiin kontrolleihin, jossa tämä on 0.2-0.5%
AD sairauden patologiaa tutkittaessa on osoitettu huomattavaa ja varhaista aivojen keskisen ohimolohkon rakenteen sairastumista, erityisesti ns entorhineaalisessa kuorikerroksessa ja hippocampus-osassa. Neurodegeneratiivinen prosessi vaikuttaa laajaa progressiivista atrofiaa. Varhaisvaiheissa saattaa oksidatiivinen stressi olla merkittävä huonontava tekijä. Aktivoituneet gliiasolut tuottavat vapaita happiradikaaleja, mitkä vaurioittavat aivojen rasvarakenteita ja hermosolujen plasmakalvon proteiineja.
A beeta-peptidin kehkeytyminen aggregoituvana vapaitten radikaalien läsnäollessa vain lisää radikaalien muodostumista. Lisäksi AD-aivostossa on kohonneita määriä metalleja, mm rautaa, alumiinia ja kuparia, jotka voivat katalysoida vapaitten radikaalien muodostusta. .


2008-10-20 19:59