Zgryźliwość kojarzy mi się z radością, która źle skończyła.
Rola desaturazy stearoilo-CoA w utrzymaniu homeostazy metabolicznej
STRESZCZENIE
D
esaturaza stearoilo-CoA (SCD) katalizuje biosyntezę jednonienasyconych kwasów tłusz-
Paweł Dobrzyń
*
czowych. Preferowanymi substratami SCD są kwasy: palmitynowy (C16:0) i stearynowy
(C18:0), które są przekształcane odpowiednio do kwasu palmitooleinowego (C16:1) i oleinowe-
go (C18:1). Są to najczęściej spotkane w przyrodzie jednonienasycone kwasy tłuszczowe wcho-
dzące w skład triacylogliceroli, fosfolipidów, estrów cholesterolu, diacylogliceroli i wosków.
Jak wykazały przeprowadzone badania, wyciszenie ekspresji genu SCD1 prowadzi do zmniej-
szenia akumulacji tkanki tłuszczowej, zwiększenia wrażliwości na insulinę i do oporności na
otyłość wywołaną dietą. Dostępne wyniki pokazują, że SCD1 pełni ważną funkcję, pośrednio
lub bezpośrednio, w regulacji wielu procesów metabolicznych włączając w to lipogenezę, utle-
nianie kwasów tłuszczowych, regulację aktywności białek szlaku insulinowego, termogenezę,
nowotworzenie i powstawanie stanów zapalnych. W niniejszej pracy przedstawiono aktualny
stan wiedzy na temat regulacyjnej i metabolicznej funkcji SCD.
Pracownia Molekularnej Biochemii Medycz-
nej, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Mar-
celego Nenckiego PAN, Warszawa
*
Pracownia Molekularnej Biochemii
Medycznej, Instytut Biologii Doświadczalnej
im. M. Nenckiego, PAN, ul. Pasteura 3, 02-
093 Warszawa; tel.: (22) 589 24 59, e-mail:
p.dobrzyn@nencki.gov.pl
WPRoWADZENIE
Artykuł otrzymano 25 kwietnia 2012 r.
Artykuł zaakceptowano 26 kwietnia 2012 r.
Desaturaza stearoilo-CoA (SCD, ang.
stearoyl-CoA desaturase
), zwana też D9-
-desaturazą,
jest enzymem siateczki endoplazmatycznej, który katalizuje bio-
syntezę jednonienasyconych kwasów tłuszczowych (MUFA, ang.
monounsatu-
rated fatty acids
) z nasyconych kwasów tłuszczowych (SFA, ang.
saturated fatty
acids
) poprzez wprowadzenie podwójnego wiązania pomiędzy 9 a 10 atomem
węgla w łańcuchu SFA [1] (Ryc. 1). Preferowanymi substratami SCD są kwasy:
palmitynowy (C16:0) i stearynowy (C18:0), które są przekształcane do kwasu
palmitoleinowego (C16:1) i oleinowego (C18:1). Są to najczęściej spotkane w
przyrodzie MUFA, wchodzące w skład lipidów złożonych m.in. triacyloglice-
roli, fosfolipidów, estrów cholesterolu [2,3]. Oprócz tego, że wchodzą w skład
lipidów złożonych, MUFA pełnią także funkcję mediatorów wewnątrzkomór-
kowego przekazywania sygnałów, biorą udział w regulacji procesów apoptozy
[4-6] i różnicowania komórkowego [1,7] oraz mutagenezie niektórych nowotwo-
rów [8]. Wykazano także, że kwas oleinowy jest jednym z czynników biorących
udział w regulacji łaknienia [9]. Biorąc pod uwagę złożoną funkcję MUFA, wy-
daje się, że zmiany w ekspresji genu/aktywności
SCD
mogą mieć istotne zna-
czenie w regulacji wielu procesów izjologicznych, włączając w to różnicowanie
komórek, wrażliwość na insulinę, tempo metabolizmu podstawowego, nowo-
tworzenie, powstawanie otyłości i towarzyszących jej zaburzeń metabolicznych.
Słowa kluczowe
: lipogeneza, szlak insulino-
wy, utlenianie kwasów tłuszczowych, jedno-
nienasycone kwasy tłuszczowe
Wkaz skrótów
: ACC — karboksylaza acylo-
-CoA; AMPK — kinaza białkowa zależna od
AMP; CPT1 — acylotransferaza karnitynowa
1; DAG — diacyloglicerole; DGAT — acylo-
transferaza diacyloglicerolowa; FAS — syntaza
kwasów tłuszczowych; FAT/CD36 — traslo-
kaza kwasów tłuszczowych; GLUT4 — białko
transportujące glukozę 4; GPAT — acetylo-
transferaza glicerolofosforanowa; IR — re-
ceptor insulinowy; IRS — substrat receptora
insulinowego; LXR — wątrobowy receptor X;
MUFA — jednonienasycone kwasy tłuszczo-
we; PPAR — receptory aktywowane przez
czynniki proliferacji peroksysomów; PTP-1B
— białkowa fosfataza tyrozynowa 1B; PUFA
— wielonienasycone kwasy tłuszczowe; SCD
— desaturaza stearoilo-CoA; SFA — nasycone
kwasy tłuszczowe; SREBP — białko wiążące
sterolowy element regulatorowy; TG — tria-
cyloglicerole; VLDL — lipoproteiny o bardzo
małej gęstości
buDoWA I WłASCIWośCI bIoCHEMICZNE SCD
Reakcja katalizowana przez SCD jest procesem aerobowym. Poza obecnością
tlenu wymaga ona reduktazy cytochromu
b
5
zależnej od NADH i akceptora elek-
tronów — cytochromu
b
5
. W czasie katalizowanej przez SCD reakcji, elektrony
są najpierw przenoszone z NADH na FAD, który jest związany z reduktazą cy-
tochromu
b
5
zależną od NADH. Atom żelaza hemu w cytochromie
b
5
ulega na-
stępnie redukcji do Fe
2+
. W następstwie tego niehemowy atom żelaza desaturazy
przechodzi w stan Fe
2+
, co umożliwa mu reakcję z O
2
i z substratem, tj. nasyconą
resztą alifatyczną acylo-CoA. Powstaje podwójne wiązanie, z uwolnieniem dwóch
cząsteczek H
2
O (Ryc. 1). Dwa elektrony pochodzą z NADH, a dwa z pojedynczego
wiązania acylo-CoA o długim łańcuchu alifatycznym. SCD wprowadza podwójne
wiązanie w pozycji
cis
-D9 długołańcuchowych acylo-CoA pochodzących zarówno
z syntezy
de novo
jak i z pokarmu. Dostępne wyniki badań wskazują, że desatura-
za usuwa najpierw atom wodoru znajdujący się w pozycji C-9, a następnie drugi
atom wodoru z pozycji C-10 w łańcuchu nasyconego kwasu tłuszczowego [10].
Podziękowanie:
Praca powstała w trakcie re-
alizacji projektów inansowanych przez Na-
rodowe Centrum Badań i Rozwoju (projekt
nr LIDER/19/2/L-2/10/NCBiR/2011) oraz
Narodowe Centrum Nauki (projekt nr UMO-
-2011/01/D/NZ3/04777).
SCD1 w swojej strukturze zawiera cztery domeny transbłonowe z końcami
NH
2
i COOH eksponowanymi do cytoplazmy. Każda cytoplazmatyczna pętla
oraz koniec COOH zawierają osiem reszt histydyny (tzw. ang.
His box
), które łą-
czą atom żelaza, utleniany następnie w centrum katalitycznym desaturazy. Pętle
166
www.postepybiochemii.pl
głównie w mięśniu sercowym [17]. W skó-
rze występowanie SCD1 jest obserwowane
w niezróżnicowanych sebocytach, SCD3 w
dojrzałych sebocytach, a SCD2 w mieszkach
włosowych [14]. Powody występowania
dwóch lub więcej izoform SCD w pewnych
narządach są nieznane. Przypuszcza się, że
może to być związane z ich specyicznością
substratową.
Poziom poszczególnych izoform SCD
podlega ścisłej regulacji. Ekspresja
SCD1
jest aktywowana przez cholesterol [18], wą-
trobowy receptor X (LXR, ang.
liver X recep-
tor
) [14], witaminę A [1], receptory aktywo-
wane przez czynniki proliferacji peroksy-
somów (PPARs, ang.
peroxisome proliferator-
-activated receptors
) [19], glukozę, fruktozę,
SFA, insulinę i białko wiążące sterolowy
element regulatorowy 1c (SREBP-1c, ang.
sterol regulatory
element binding protein 1c
) [20]. Natomiast wielonienasycone
kwasy tłuszczowe (PUFA, ang.
polyunsaturated fatty acids
),
hormony tarczycy, glukagon oraz leptyna obniżają ekspre-
sję
SCD1
[21-24]. PUFA, szczególnie z rodziny n-3, są tak
silnym represorem SCD1 w wątrobie, że dodane do diety
znoszą stymulujący efekt diety bogatej w cukry na ekspre-
sję tego genu [1]. Ekspresja
SCD4
jest indukowana przez
dietę bogatą w cukry oraz aktywatory receptora LXRa. Co
ciekawe PUFA nie wpływają na ekspresję
SCD4
, natomiast
leptyna obniża ekspresję
SCD4
w mięśniu sercowym, ale nie
wpływa na poziom SCD1 oraz SCD2 w tym mięśniu [17].
O
9
CoA-S
10
stearoilo-CoA
+
NAD(P)H + H
reduktaza cytochromu b5
(FADH )
cytochrom b5
Fe
O
2
2+
2
SCD
NAD(P)
reduktaza cytochromu b5
(FAD)
cytochrom b5
Fe
H O
2
3+
O
9
10
CoA-S
oleoilo-CoA
Rycina 1.
Łańcuch transportu elektronów podczas wprowadzania nienasyconego wiązania do kwasu
stearynowego przez desaturazę stearoilo-CoA (SCD).
związane z siateczką endoplazmatyczną są stosunkowo nie-
wielkie w porównaniu z pętlami cytoplazmatycznymi, któ-
re zawierają także trzy zachowane w ewolucji reszty His w
pozycjach 119, 156, 296. Uważa się, że regiony te pełnią rolę
w dostarczaniu ligandów dla niehemowego atomu żelaza w
obrębie centrum katalitycznego enzymu [11].
Oczyszczone białko SCD1 posiada masę cząsteczkową
~37 kDa. O ile cytochrom
b
5
i reduktaza cytochromu
b
5
za-
leżna od NADH są białkami stabilnymi, o tyle SCD1 jest
bardzo szybko degradowane w mikrosomach [12,13]. Jak
wykazano, za degradację SCD odpowiedzialny jest koniec
NH
2
tego białka zawierający 33 reszty aminokwasowe [12].
IZofoRMy SCD
RolA SCD W SyNTEZIE lIPIDóW
W narządach myszy zidentyikowano dotychczas cztery
izoformy SCD, tj. SCD1, SCD2, SCD3 i SCD4, podczas gdy u
szczurów stwierdzono obecność dwóch izoform tego enzy-
mu [14]. U myszy wszystkie geny
SCD
są położone na chro-
mosomie 19 i kodują transkrypt o wielkości ~4,9 kpz. U ludzi
odkryto dwie izoformy SCD, nazwane SCD1 i SCD5, które
początkowo są eksprymowane w większości narządów, a w
późniejszym okresie rozwoju występują głównie w mózgu i
trzustce [1,14]. U ludzi gen
SCD1
jest zlokalizowany na chro-
mosomie 10 i obejmuje 24 kpz z sześcioma eksonami. Dodat-
kowo chromosom 17 zawiera nieaktywny transkrypcyjnie
„pseudogen”
SCD1
. Gen
SCD5
jest zlokalizowany na chro-
mosomie 4 i obejmuje 169 kpz z 5 eksonami. Chociaż ludzkie
i mysie izoformy SCD1 charakteryzuje 85–88% podobieństwa
w sekwencji aminokwasów, to jednak ich występowanie w
tkankach znacznie się różni [1]. U myszy SCD1 występuje
przede wszystki w białej tkance tłuszczowej, brunatnej tkan-
ce tłuszczowej, gruczołach przyocznych, gruczole napletko-
wym i gruczole tarczkowym. Poza tym ekspresja
SCD1
jest w
wysokim stopniu indukowana w wątrobie i w mięśniu serco-
wym w odpowiedzi na dietę bogatą w cukry [15]. Izoforma
SCD2 jest syntetyzowana głównie w mózgu, a poza tym, po-
dobnie jak SCD1, w nerkach, śledzionie, mięśniu sercowym
i płucach. Wykazano także, że ekspresja
SCD2
jest niezbęd-
na do prawidłowego różnicowania preadipocytów 3T3-L1
[16]. W tkance tłuszczowej i w powiekach występują SCD1 i
SCD2, podczas gdy w skórze, gruczołach przyocznych oraz
gruczole napletkowym SCD1, SCD2 i SCD3. SCD4 występuje
Dostępne dane wskazują na bardzo ważną funkcję, jaką
pełni SCD1 w regulacji syntezy
de novo
nie tylko kwasów
tłuszczowych, ale także lipidów złożonych. Podczas, gdy
zahamowanie aktywności SCD1 prowadzi do obniżenia
akumulacji lipidów, to wzmożona synteza tego białka pro-
wadzi do wzrostu syntezy triacylogliceroli [6]. Wykazano
także, że spadek aktywności SCD1 w wątrobie powoduje
obniżenie stężenia triacylogliceroli krążących w osoczu
poprzez zmniejszenie wydzielania triacylogliceroli związa-
nych z lipoproteinami o bardzo małej gęstości (VLDL, ang.
very low-density lipoprotein
) przez wątrobę [25]. Nowych da-
nych dostarczyły badania przeprowadzone z użyciem my-
szy z nokautem genu
SCD1
, u których stwierdzono obniżo-
ną zawartości triacylogliceroli i estrów cholesterolu [26,27]
oraz spadek
de novo
syntezy kwasów tłuszczowych w wą-
trobie [28]. Myszy te posiadają także znacznie obniżony po-
ziom triacylogliceroli we frakcjach VLDL oraz lipoprotein o
małej gęstości (LDL, ang.
low-density lipoprotein
) w porów-
naniu z myszami typu dzikiego. Ponadto, są one oporne na
stłuszczenie wątroby wywołane dietą bogatą w cukry lub
tłuszcze [24,28]. Wykazano także, że
SCD1
jest głównym ge-
nem docelowym działania leptyny, hormonu wydzielanego
przez tkankę tłuszczową, a metaboliczny efekt działania tej
adipokiny w wątrobie zachodzi w znacznym stopniu po-
przez jej wpływ na obniżenie ekspresji
SCD1
[24]. Represja
SCD1
przez leptynę jest przy tym niezależna od insuliny czy
też od czynnika transkrypcyjnego SREBP-1c. Dlatego sądzi
się, że to właśnie leptyna a nie insulina jest głównym czyn-
167
Postępy Biochemii 58 (2) 2012
nikiem regulującym syntezę MUFA w wątrobie pacjentów
chorych na cukrzycę typu 2 spowodowaną otyłością [29].
Co więcej, otyłe, pozbawione leptyny myszy
ob/ob
akumu-
lują znaczne ilości lipidów w wątrobie, natomiast nokaut
genu
SCD1
u tych zwierząt normalizuje stłuszczenie wątro-
by do poziomu spotykanego u myszy typu dzikiego [24].
Dotychczas przeprowadzone badania pozwoliły na za-
proponowanie kilku mechanizmów, poprzez które wycisze-
nie genu
SCD1
hamuje tempo syntezy i obniża akumulację
lipidów. Analiza ekspresji genów za pomocą mikromacie-
rzy wykazała, że geny kodujące białka związane z syntezą
lipidów, takie jak SREBP-1c, syntaza kwasów tłuszczowych
(FAS, ang.
fatty acid synthase
), karboksylaza acetylo-CoA
(ACC, ang.
acetyl-CoA carboxylase
) oraz acetylotransferaza
glicerolofosforanowa (GPAT, ang.
glycerol-3-phosphate acyl-
transferase
), charakteryzują się obniżoną syntezą w wątrobie
myszy
SCD1
-/- [28]. SREBP-1c jest główną formą czynnika
transkrypcyjnego SREBP-1 w wątrobie, odpowiedzialnego
za regulację ekspresji genów kodujących białka zaangażo-
wane w lipogenezę [28]. Dlatego też wydaje się, że obniże-
nie ekspresji
SREBP-1c
oraz wzrost tempa utleniania kwa-
sów tłuszczowych (omówiony poniżej) są odpowiedzialne
za spadek syntezy i zawartości lipidów w wątrobie myszy
SCD1
-/-. Inna możliwość to zmiana składu i zawartości
kwasów tłuszczowych w fosfolipidach, co może prowadzić
do zmian właściwości błon komórkowych oraz wpływać
na aktywność szlaków sygnałowych. Przeprowadzone ba-
dania wykazały, że wyciszenie ekspresji
SCD1
powoduje
zmiany w składzie kwasów tłuszczowych we frakcji fosfoli-
pidów na skutek translokacji do błon fosfotransferazy cho-
linowej, co z kolei prowadzi do wzrostu syntezy fosfatydy-
locholiny w wątrobie [26]. Ponieważ acylotransferaza dia-
cyloglicerolowa (DGAT, ang.
diacylglycerol acyltransferase
),
enzym zaangażowany w syntezę
de novo
triacylogliceroli,
oraz fosfotransferaza cholinowa korzystają z tej samej puli
diacylogliceroli, a fosfotransferaza cholinowa ma kilkukrot-
nie większe powinowactwo do tego substratu niż DGAT
[30], uważa się, że wzrost syntezy fosfatydylocholiny może
być odpowiedzialny za redukcję poziomu triacylogliceroli
u myszy z nokautem genu
SCD1
[26]. Wydaje się także, że
kwas oleinowy syntetyzowany przez SCD jest głównym
substratem do syntezy triacylogliceroli w wątrobie, ponie-
waż pochodzący z diety oleinian nie normalizuje zawartości
triacylogliceroli przy braku ekspresji
SCD1
[28,31]. Tezę tę
potwierdzają badania nad wewnątrzkomórkową lokaliza-
cją SCD1, które wykazały, że białko to zlokalizowane jest w
siateczce endoplazmatycznej, w bliskim sąsiedztwie DGAT
[32]. Przypuszcza się, że te dwa enzymy mogą tworzyć
kompleks regulujący syntezę
de novo
triacylogliceroli, w
którym główną funkcją SCD jest dostarczanie DGAT łatwo
dostępnych substratów, jakimi są MUFA [32].
rów trenowanych w porównaniu ze zwierzętami kontrol-
nymi. Wraz z podwyższoną ekspresją genu/aktywnością
SCD1
zawartość wolnych kwasów tłuszczowych, diacylo-
gliceroli oraz triacylogliceroli była zwiększona w mięśniu
płaszkowatym szczurów po treningu wytrzymałościowym.
Trening nie miał natomiast wpływu na zawartość lipidów
w prostowniku palców oraz w wątrobie. Dodatkowo, tre-
ning wytrzymałościowy aktywował w mięśniu płaszkowa-
tym oraz w wątrobie szlaki metaboliczne zależne od kinazy
białkowej aktywowanej przez AMP (AMPK, ang.
AMP ac-
tivated protein kinase
) oraz od PPARδ i PPARα. Zwiększo-
na akumulacja lipidów w mięśniu płaszkowatym zwierząt
trenowanych była powiązana z podwyższoną zawartością
białka FAS oraz mRNA DGAT i GPAT. Również zawartość
białek związanych z transportem kwasów tłuszczowych,
tj. traslokazy kwasów tłuszczowych (FAT/CD36, ang.
fatty
acid translocase
) oraz białka transportującego kwasy tłusz-
czowe 1, była podwyższona w tym mięśniu, podczas gdy
ekspresja genu
SREBP-1c
, jak również zawartość białka
SREPB1 nie były zmienione pod wpływem treningu. Podsu-
mowując, wyniki te sugerują, że aktywacja SCD1 odgrywa
ważną rolę w adaptacji mięśni szkieletowych o metaboli-
zmie tlenowym do treningu wytrzymałościowego [33].
uDZIAł SCD W uTlENIANIu kWASóW
TłuSZCZoWyCH oRAZ TERMogENEZIE
Myszy asebia, które charakteryzują się obecnościę natu-
ralnej mutacji w genie
SCD1
[34], jak również te z celowym
nokautem tego genu (
SCD1
-/-) charakteryzują się zwięk-
szonym o 10–15% spożyciem pokarmu, przy jednocześnie
zmniejszonym stłuszczeniu ciała w porównaniu z myszami
typu dzikiego [24,35]. Dane te wskazywały na zwiększone
zużycie energii w przypadku myszy
SCD1
-/-. Hipotezę tę
potwierdzono poprzez pomiar zużycia tlenu za pomocą ka-
lorymetrii pośredniej, który wykazał, że myszy
SCD1
-/- mają
wyższe tempo metabolizmu podstawowego niż zwierzęta
kontrolne [24,35]. Następnie stwierdzono, że nokaut genu
SCD1
istotnie podnosi tempo utleniania kwasów tłuszczo-
wych w wątrobie [36], mięśniach szkieletowych [37] oraz
brunatnej tkance tłuszczowej [38].
Molekularne mechanizmy zaangażowane we wzrost
tempa utleniania kwasów tłuszczowych spowodowany
brakiem ekspresji genu
SCD1
nie są w pełni poznane. Jedną
z możliwości jest aktywacja AMPK, co z kolei powoduje fos-
forylację i zahamowanie aktywnosci ACC oraz spadek za-
wartości malonylo-CoA w komórkach [39]. Malonylo-CoA,
poza tym, że jest produktem pośrednim w biosyntezie
kwasów tłuszczowych, jest także inhibitorem aktywności
acylotransferazy karnitynowej 1 (CPT1, ang.
carnitine palmi-
toyltransferase 1
), kluczowego enzymu odpowiedzialnego za
transport kwasów tłuszczowych do mitochondriów, gdzie
ulegają one utlenianiu. Przeprowadzone badania wykazały
podwyższoną aktywność AMPK, obniżoną zawartość ma-
lonylo-CoA, zwiększoną aktywność CPT1 oraz wyższe tem-
po utleniania kwasów tłuszczowych w wątrobie [36] oraz
mięśniach szkieletowych myszy
SCD1
-/- [37]. Mechanizm
aktywacji AMPK spowodowany brakiem ekspresji
SCD1
nie jest jeszcze w pełni poznany. Dostępne rezultaty badań
wskazują, że jest to proces niezależny od leptyny [36] oraz
od PUFA [40]. Wykazano natomiast, że AMPK jest akty-
SCD1 odgrywa także ważną rolę w adaptacji mięśni
szkieletowych do treningu wytrzymałościowego poprzez
regulację syntezy triacylogliceroli [33]. Jak wykazano, tre-
ning wytrzymałościowy w znaczący sposób podnosi zawar-
tość mRNA oraz białka SCD1 w mięśniu płaszkowatym,
natomiast nie wpływa na zawartość tego białka w mięśniu,
prostowniku palców oraz w wątrobie. Współczynnik desa-
turacji (18:1Δ9/18:0), pośredni wskaźnik aktywności SCD,
był także znacząco wyższy w mięśniu płaszkowatym szczu-
168
www.postepybiochemii.pl
wowane przez kwas stearynowy pochodzący z diety [41].
Kwas stearynowy ma zwiększony udział w puli kwasów
tłuszczowych w wątrobie myszy
SCD1
-/- w porównaniu
ze zwierzętami kontrolnymi [35], stąd też prawdopodobnie
jest to jeden z czynników aktywujących AMPK w tkankach
z obniżoną aktywnością SCD.
Innym czynnikiem wpływającym na tempo utleniania
kwasów tłuszczowych w mitochondriach jest regulacja tego
procesu na poziomie transkrypcji. Analiza ekspresji genów
wykazała, że poziom mRNA genów zaangażowanych w
utlenianie kwasów tłuszczowych, takich jak CPT1, oksydaza
acylo-CoA, dehydrogenza długołańcuchowych acylo-CoA
jest podwyższona w wątrobie myszy
SCD1
-/- [35]. Ponieważ
geny te regulowane są przez PPARα [42], wysunięto hipotezę,
że podwyższone utlenianie kwasów tłuszczowych w wątro-
bie myszy
SCD1
-/- może być spowodowane aktywacją tego
właśnie czynnika. Jednakże okazało się, że myszy z jedno-
czesnym nokautem dwóch genów:
SCD1
i
PPARα
(
SCD1
-/-,
PPARα
-/-) były ciągle chronione przed otyłością, miały zwięk-
szone wydatkowanie energii oraz podwyższoną ekspresję ge-
nów regulowanych przez PPARα [28]. Wyniki te pokazują, że
zmniejszone stłuszczenie ciała, obniżona zawartość lipidów
w wątrobie, zwiększone tempo metabolizmu podstawowego
oraz podwyższona ekspresja genów kodujących białka biorące
udział w utlenianiu kwasów tłuszczowych u myszy z nokau-
tem SCD1 są niezależne od ekspresji
PPARα
[28].
relowane z podwyższoną wrażliwością tkanek na insulinę
[45]. Również badania przeprowadzone z wykorzystaniem
zwierząt z zahamowaną ekspresją genu
SCD1
pokazały, że
SCD odgrywa ważną rolę w regulacji wrażliwości komórek
na insulinę. Myszy
SCD1
-/- mają znacząco podwyższoną
tolerancję na glukozę, mimo niższego poziomu insuliny w
osoczu na czczo, w porównaniu z myszami typu dzikiego
[35,46]. Dodatkowo, test tolerancji insuliny wykazał, że przy
jednakowym poziomie insuliny wychwyt glukozy jest ponad
2 razy wyższy u myszy
SCD1
-/- w porównaniu z myszami
typu dzikiego [46]. Kolejne badania pokazały, że brak SCD1
prowadzi do wzrostu fosforylacji receptora insulinowego
oraz substratów receptora insulinowego 1 i 2 (IRS, ang.
in-
sulin receptor substrate
) w mięśniach szkieletowych. Również
asocjacja IRS1 i IRS2 z podjednostką alpha-p85 kinazy 3-fos-
foinozytolu oraz fosforylacja Akt-Ser-473 i Akt-Thr-308 były
podwyższone w mięśniach myszy
SCD1
-/- [46]. Zwiększona
aktywacja receptora insulinowego doprowadziła do zwięk-
szonej translokacji transportera glukozy 4 (GLUT4, ang.
glu-
cose transporter 4
) do błony komórkowej oraz wyższego wy-
chwytu glukozy w mięśniach szkieletowych pozbawionych
aktywności SCD [46]. Kolejne badania wykazały, że nokaut
genu SCD1 zwiększa wrażliwość na insulinę także w brunat-
nej tkance tłuszczowej [47] i wątrobie [43].
Związek pomiędzy aktywnością SCD oraz szlakiem insu-
linowym zaobserwowano także u myszy z nokautem genu
receptora insulinowego, gdzie brak metabolicznych efektów
działania insuliny spowodował obniżenie ekspresji
SCD1
oraz wzmożoną syntezę Akt2 i FAT/CD36 [48]. Następnie
wykazano [49], że nadekspresja
SCD1
w komórkach mię-
śniowych obniża fosforylację IRS1 oraz Akt, przez co nieko-
rzystnie wpływa na wychwyt glukozy oraz szlak insulinowy.
Również w różnych zwierzęcych modelach insulinoopor-
ności oraz u otyłych ludzi, obniżona tolerancja glukozy jest
istotnie skorelowana z podwyższoną aktywnością SCD [14].
Obserwacje te wspierają hipotezę, że podwyższona ekspresja
SCD1
może być przyczyną powstawania oporności na in-
sulinę oraz rozwoju cukrzycy typu 2 związanej z otyłością.
Co ciekawe, wyciszenie ekspresji genu
SCD1
specyicznie w
skórze także chroni myszy przed opornością na insulinę wy-
wołaną dietą [44]. Z drugiej strony, gdy mutację genu
SCD1
wprowadzono do myszy z zaburzoną gospodarką lipidową,
tj. z lipodystroią lub do nie posiadających leptyny myszy
BTBR, okazało się, że tak zmutowane zwierzęta mają obni-
żony poziom insuliny oraz podniesione stężenie glukozy w
osoczu. Badania wykazały, że powodem tych zmian była za-
burzona funkcja komórek beta trzustki spowodowana nad-
mierną akumulacją lipidów oraz obniżeniem tempa utlenia-
nia kwasów tłuszczowych w tych komórkach [50,51].
Zwiększone potrzeby energetyczne myszy
SCD1
-/- są
prawdopodobnie związane z podwyższonymi wydatkami
na termogenezę. Jak wykazano, wzrost zawartości białka re-
ceptora β3-adrenergicznego w brunatnej tkance tłuszczowej
powoduje aktywację koaktywatora receptora aktywowanego
przez proliferatory peroksysomów 1α (PGC-1α, ang.
peroxiso-
me proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α
) oraz wzmaga
rozprzęganie w mitochondriach poprzez białko rozprzęgające
1 (termogeninę). Prowadzi to do podniesienia termogenezy
podstawowej, a w konsekwencji do zwiększenia tempa me-
tabolizmu podstawowego u myszy z nokautem genu
SCD1
[38]. Co ciekawe, zmian takich nie zaobserwowano u myszy
ze specyicznie wątrobowym wyciszeniem tego genu [43].
Natomiast nokaut genu
SCD1
w skórze wzmagał utlenianie
kwasów tłuszczowych oraz termogenezę co chroniło te zwie-
rzęta przed otyłością powodowaną dietą bogatą w tłuszcz [44].
W przeciwieństwie do globalnego nokautu genu
SCD1
, wyci-
szenie ekspresji
SCD1
w skórze, nie chroniło myszy przed in-
dukowanym przez wielokrotne głodzenie i karmienie stłusz-
czeniem wątroby [44]. Rezultaty te pokazują, że część pozy-
tywnych metabolicznie efektów obserwowanych u myszy z
globalnym nokautem genu
SCD1
można wyjaśnić poprzez
zwiększone wydatki energetyczne związane z termogenezą.
Mechanizm, poprzez który SCD reguluje aktywność szla-
ku insulinowego nie jest do końca wyjaśniony. Jak wykazało
wiele badań, akumulacja wolnych kwasów tłuszczowych, ce-
ramidów oraz diacylogliceroli w komórkach mięśni szkieleto-
wych prowadzi do zahamowania insulinozależnej translokacji
GLUT4 z cytoplazmy do błony komórkowej i zmniejszenia do-
komórkowego wychwytu glukozy [52]. Efekt ten związany jest
m. in. z aktywacją kinazy białkowej C i zwiększeniem fosfory-
lacji receptora insulinowego oraz IRS1 i IRS2 w pozycji reszt
seryny/treoniny z jednoczesną defosforylacją w pozycji reszty
tyrozyny [53]. Taki układ fosforylacji hamuje aktywność tych
SCD1 W REgulACJI AkTyWNośCI
SZlAku INSulINoWEgo
Insulinooporność, zmniejszona odpowiedź komórki na
endo- lub egzogenną insulinę, jest jednym z głównych czyn-
ników ryzyka zaburzeń towarzyszących otyłości takich jak:
cukrzyca typu 2, nadciśnienie tętnicze, dyslipidemia oraz
niewydolność mięśnia sercowego. Badania nad polimori-
zmem genu
SCD1
wykazały, że występowanie u ludzi rzad-
kich alleli rs10883463, rs2167444 i rs508384 jest istotnie sko-
169
Postępy Biochemii 58 (2) 2012
białek i w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia aktywności
kinazy fosfatydylo-3-inozytolu oraz kinazy Akt. Podwyższo-
na zawartość wewnątrzkomórkowych lipidów może też bez-
pośrednio prowadzić do obniżenia aktywności kinazy Akt i
zahamowania translokacji GLUT4 do błony komórkowej [54].
Wiele badań wskazuje także na bezpośrednie zaangażowanie
AMPK w regulację wrażliwości komórek na insulinę. Wyka-
zano, że u szczurów karmionych dietą bogatą w tłuszcze ak-
tywacja AMPK przez AICAR (specyiczny aktywator AMPK)
lub pod wpływem wysiłku izycznego wzmaga zależny od
insuliny wychwyt glukozy [55,56]. Jak wspomniano powy-
żej, nokaut genu
SCD1
u myszy prowadzi do wzrostu tempa
utleniania kwasów tłuszczowych przez zwiększoną ekspresję
genów kodujących białka zaangażowane w ten proces oraz
poprzez aktywowanie szlaku regulowanego przez AMPK
[37]. Zwiększone utlenianie kwasów tłuszczowych prowa-
dzi z kolei do obniżenia zawartości kwasów tłuszczowych w
mięśniu płaszkowatym oraz w czerwonej części mięśnia brzu-
chatego łydki. Dodatkowo, zmniejszona aktywność palmito-
ilotransferazy serynowej wraz ze spadkiem zawartości kwasu
palmitynowego prowadzi do obniżenia zawartości ceramidu
w mięśniach o charakterze tlenowym u myszy
SCD1
-/- [37].
Podobny efekt nokautu genu SCD1 zaobserwowano także w
mięśniach otyłych myszy
ob/ob
. Wszystkie te dane wskazują,
że obniżona zawartość wolnych kwasów tłuszczowych, cera-
midów oraz diacylogliceroli razem z podwyższoną fosforyla-
cją AMPK mogą być jednym z mechanizmów, poprzez które
wyciszenie genu
SCD1
prowadzi do podwyższenia wrażliwo-
ści mięśni szkieletowych na insulinę (Ryc. 2).
Nokaut genu
SCD1
powoduje także obniżenie syntezy
białkowej fosfatazy tyrozynowej 1B (PTP-1B, ang.
protein
tyrosine phosphatase-1B
), enzymu który katalizuje defosfory-
lację receptora insulinowego, IRS1 oraz IRS2 [46,47]. Jak za-
obserwowano, zmniejszona ekspresja genu
PTP-1B
oraz ak-
tywność tego białka stwierdzona w mięśniach myszy
SCD1
-
/- prowadzi do przedłużonej autofosforylacji receptora
insulinowego, czego efektem jest zwiększona jego wrażli-
wość na insulinę (Ryc. 2). W zgodzie z tą obserwacją, myszy
PTP-1B
-/- wykazują podwyższoną fosforylację receptora
insulinowego i IRS1 w mięśniach, zarówno w stanie podsta-
wowym, jak i po stymulacji insuliną [57]. Nie jest wiadomo,
czy
PTP-1B
jest genem docelowym działania SCD, czy też
spadek aktywności i ekspresji
PTP-1B
jest wtórnym efektem
zmian w metabolizmie lipidów spowodowanych przez no-
kaut genu
SCD1
.
Kolejnym istotnym czynnikiem, który może bezpośrednio
wpływać na aktywność szlaku insulinowego są zmiany we
właściwościach izykochemicznych błon komórkowych [14].
Zaobserwowano, że spadek zawartości MUFA w fosfolipidach
błon komórkowych w mięśniach myszy SCD1-/- jest kompen-
sowany poprzez wzrost zawartości PUFA w tej frakcji. Wzrost
ilości podwójnych wiązań w łańcuchach kwasów tłuszczo-
wych wpływa na zwiększenie płynności błon, w efekcie czego
dochodzi do zwiększonej agregacji receptora insulinowego,
a w konsekwencji do większej jego fosforylacji po związaniu
z insuliną [52]. Wydaje się zatem, że zmiana składu kwasów
tłuszczowych w fosfolipidach błon komórkowych może być
jednym z mechanizmów, poprzez który nokaut genu
SCD1
zwiększa wrażliwość komórek na insulinę [26].
Interesujących danych o udziale
SCD1
w regulacji me-
tabolizmu węglowodanów dostarczyły badania przepro-
wadzone na myszach, u których wyciszono ekspresję genu
SCD1
specyicznie w wątrobie [43]. U zwierząt tych stwier-
dzono zmniejszony poziom glukoneogenezy w wątrobie,
czego efektem była hipoglikemia (t.j. obniżone stężenie glu-
kozy we krwi) oraz spadek zawartości glukozo-6-fosforanu
oraz ksylulozo-5-fosforanu [43]. Zauważono także, że zaha-
mowanie aktywności SCD1 w wątrobie poprawia wrażli-
wość tego narządu na insulinę oraz chroni przed opornością
na insulinę wywołaną dietą bogatą w tłuszcz [58]. Efekt ten
był związany z podwyższoną fosforylacją Akt oraz spad-
kiem ekspresji genów kodujących glukozo-6-fosfatazę i kar-
boksykinazę fosfoenolopirogronianową. Na podstawie tych
danych postawiono hipotezę, że w wątrobie podwyższona
ekspresja genu/aktywność
SCD
jest niezbędna do indukcji
oporności na insulinę wywołaną dietą [58].
SCD1
WPłyW SCD NA METAbolIZM MIĘśNIA SERCoWEgo
PTP-1B
ultenianie FA
AMPK
Głównymi substratami energetycznymi mięśnia sercowego
są kwasy tłuszczowe, glukoza, kwas mlekowy i ciała ketono-
we. W warunkach izjologicznych kwasy tłuszczowe pokry-
wają ok. 60–80% zapotrzebowania energetycznego serca, nato-
miast źródłem pozostałych 20–40% energii jest glukoza. Utrzy-
manie homeostazy energetycznej w mięśniu sercowym jest
niezbędne dla jego prawidłowej funkcji. Wykonane badania
wykazały, że globalny nokaut genu
SCD1
prowadzi do zwięk-
szenia użycia glukozy jako substratu energetycznego z jedno-
czesnym obniżeniem tempa wykorzystania kwasów tłuszczo-
wych w mięśniu sercowym [59]. Badanie echokardiograicz-
ne wykazało, że zmiana ta nie wywołuje zaburzeń pracy
serca. Kolejne eksperymenty wykazały, że wprowadzenie
globalnego nokautu genu
SCD1
u otyłych myszy
ob/ob
pro-
wadzi do istotnego obniżenia akumulacji lipidów w sercu,
spadku poziomu apoptozy kardiomiocytów oraz istotnej
poprawy funkcji rozkurczowej i skurczowej lewej komory
[60]. Zmianom tym towarzyszyło obniżenie dokomórkowego
lipogeneza
IR-P
FFA
FA-CoA
Ceramidy
IRS1-P
IRS2-P
pAkt
Translokacja GLUT4
do błon
Wychwyt glukozy
Rycina 2.
Wpływ wyciszenia ekspresji genu kodującego desaturazę stearoilo-
-CoA 1 (
SCD1
) na aktywność szlaku insulinowego. AMPK — kinaza białkowa
zależna od AMP; FFA — wolne kwasy tłuszczowe; GLUT4 — białko transportu-
jące glukozę 4; IR — receptor insulinowy; IRS — substrat receptora insulinowego;
PTP-1B — białkowa fosfataza tyrozynowa 1B.
170
www.postepybiochemii.pl
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl hannaeva.xlx.pl
STRESZCZENIE
D
esaturaza stearoilo-CoA (SCD) katalizuje biosyntezę jednonienasyconych kwasów tłusz-
Paweł Dobrzyń
*
czowych. Preferowanymi substratami SCD są kwasy: palmitynowy (C16:0) i stearynowy
(C18:0), które są przekształcane odpowiednio do kwasu palmitooleinowego (C16:1) i oleinowe-
go (C18:1). Są to najczęściej spotkane w przyrodzie jednonienasycone kwasy tłuszczowe wcho-
dzące w skład triacylogliceroli, fosfolipidów, estrów cholesterolu, diacylogliceroli i wosków.
Jak wykazały przeprowadzone badania, wyciszenie ekspresji genu SCD1 prowadzi do zmniej-
szenia akumulacji tkanki tłuszczowej, zwiększenia wrażliwości na insulinę i do oporności na
otyłość wywołaną dietą. Dostępne wyniki pokazują, że SCD1 pełni ważną funkcję, pośrednio
lub bezpośrednio, w regulacji wielu procesów metabolicznych włączając w to lipogenezę, utle-
nianie kwasów tłuszczowych, regulację aktywności białek szlaku insulinowego, termogenezę,
nowotworzenie i powstawanie stanów zapalnych. W niniejszej pracy przedstawiono aktualny
stan wiedzy na temat regulacyjnej i metabolicznej funkcji SCD.
Pracownia Molekularnej Biochemii Medycz-
nej, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Mar-
celego Nenckiego PAN, Warszawa
*
Pracownia Molekularnej Biochemii
Medycznej, Instytut Biologii Doświadczalnej
im. M. Nenckiego, PAN, ul. Pasteura 3, 02-
093 Warszawa; tel.: (22) 589 24 59, e-mail:
p.dobrzyn@nencki.gov.pl
WPRoWADZENIE
Artykuł otrzymano 25 kwietnia 2012 r.
Artykuł zaakceptowano 26 kwietnia 2012 r.
Desaturaza stearoilo-CoA (SCD, ang.
stearoyl-CoA desaturase
), zwana też D9-
-desaturazą,
jest enzymem siateczki endoplazmatycznej, który katalizuje bio-
syntezę jednonienasyconych kwasów tłuszczowych (MUFA, ang.
monounsatu-
rated fatty acids
) z nasyconych kwasów tłuszczowych (SFA, ang.
saturated fatty
acids
) poprzez wprowadzenie podwójnego wiązania pomiędzy 9 a 10 atomem
węgla w łańcuchu SFA [1] (Ryc. 1). Preferowanymi substratami SCD są kwasy:
palmitynowy (C16:0) i stearynowy (C18:0), które są przekształcane do kwasu
palmitoleinowego (C16:1) i oleinowego (C18:1). Są to najczęściej spotkane w
przyrodzie MUFA, wchodzące w skład lipidów złożonych m.in. triacyloglice-
roli, fosfolipidów, estrów cholesterolu [2,3]. Oprócz tego, że wchodzą w skład
lipidów złożonych, MUFA pełnią także funkcję mediatorów wewnątrzkomór-
kowego przekazywania sygnałów, biorą udział w regulacji procesów apoptozy
[4-6] i różnicowania komórkowego [1,7] oraz mutagenezie niektórych nowotwo-
rów [8]. Wykazano także, że kwas oleinowy jest jednym z czynników biorących
udział w regulacji łaknienia [9]. Biorąc pod uwagę złożoną funkcję MUFA, wy-
daje się, że zmiany w ekspresji genu/aktywności
SCD
mogą mieć istotne zna-
czenie w regulacji wielu procesów izjologicznych, włączając w to różnicowanie
komórek, wrażliwość na insulinę, tempo metabolizmu podstawowego, nowo-
tworzenie, powstawanie otyłości i towarzyszących jej zaburzeń metabolicznych.
Słowa kluczowe
: lipogeneza, szlak insulino-
wy, utlenianie kwasów tłuszczowych, jedno-
nienasycone kwasy tłuszczowe
Wkaz skrótów
: ACC — karboksylaza acylo-
-CoA; AMPK — kinaza białkowa zależna od
AMP; CPT1 — acylotransferaza karnitynowa
1; DAG — diacyloglicerole; DGAT — acylo-
transferaza diacyloglicerolowa; FAS — syntaza
kwasów tłuszczowych; FAT/CD36 — traslo-
kaza kwasów tłuszczowych; GLUT4 — białko
transportujące glukozę 4; GPAT — acetylo-
transferaza glicerolofosforanowa; IR — re-
ceptor insulinowy; IRS — substrat receptora
insulinowego; LXR — wątrobowy receptor X;
MUFA — jednonienasycone kwasy tłuszczo-
we; PPAR — receptory aktywowane przez
czynniki proliferacji peroksysomów; PTP-1B
— białkowa fosfataza tyrozynowa 1B; PUFA
— wielonienasycone kwasy tłuszczowe; SCD
— desaturaza stearoilo-CoA; SFA — nasycone
kwasy tłuszczowe; SREBP — białko wiążące
sterolowy element regulatorowy; TG — tria-
cyloglicerole; VLDL — lipoproteiny o bardzo
małej gęstości
buDoWA I WłASCIWośCI bIoCHEMICZNE SCD
Reakcja katalizowana przez SCD jest procesem aerobowym. Poza obecnością
tlenu wymaga ona reduktazy cytochromu
b
5
zależnej od NADH i akceptora elek-
tronów — cytochromu
b
5
. W czasie katalizowanej przez SCD reakcji, elektrony
są najpierw przenoszone z NADH na FAD, który jest związany z reduktazą cy-
tochromu
b
5
zależną od NADH. Atom żelaza hemu w cytochromie
b
5
ulega na-
stępnie redukcji do Fe
2+
. W następstwie tego niehemowy atom żelaza desaturazy
przechodzi w stan Fe
2+
, co umożliwa mu reakcję z O
2
i z substratem, tj. nasyconą
resztą alifatyczną acylo-CoA. Powstaje podwójne wiązanie, z uwolnieniem dwóch
cząsteczek H
2
O (Ryc. 1). Dwa elektrony pochodzą z NADH, a dwa z pojedynczego
wiązania acylo-CoA o długim łańcuchu alifatycznym. SCD wprowadza podwójne
wiązanie w pozycji
cis
-D9 długołańcuchowych acylo-CoA pochodzących zarówno
z syntezy
de novo
jak i z pokarmu. Dostępne wyniki badań wskazują, że desatura-
za usuwa najpierw atom wodoru znajdujący się w pozycji C-9, a następnie drugi
atom wodoru z pozycji C-10 w łańcuchu nasyconego kwasu tłuszczowego [10].
Podziękowanie:
Praca powstała w trakcie re-
alizacji projektów inansowanych przez Na-
rodowe Centrum Badań i Rozwoju (projekt
nr LIDER/19/2/L-2/10/NCBiR/2011) oraz
Narodowe Centrum Nauki (projekt nr UMO-
-2011/01/D/NZ3/04777).
SCD1 w swojej strukturze zawiera cztery domeny transbłonowe z końcami
NH
2
i COOH eksponowanymi do cytoplazmy. Każda cytoplazmatyczna pętla
oraz koniec COOH zawierają osiem reszt histydyny (tzw. ang.
His box
), które łą-
czą atom żelaza, utleniany następnie w centrum katalitycznym desaturazy. Pętle
166
www.postepybiochemii.pl
głównie w mięśniu sercowym [17]. W skó-
rze występowanie SCD1 jest obserwowane
w niezróżnicowanych sebocytach, SCD3 w
dojrzałych sebocytach, a SCD2 w mieszkach
włosowych [14]. Powody występowania
dwóch lub więcej izoform SCD w pewnych
narządach są nieznane. Przypuszcza się, że
może to być związane z ich specyicznością
substratową.
Poziom poszczególnych izoform SCD
podlega ścisłej regulacji. Ekspresja
SCD1
jest aktywowana przez cholesterol [18], wą-
trobowy receptor X (LXR, ang.
liver X recep-
tor
) [14], witaminę A [1], receptory aktywo-
wane przez czynniki proliferacji peroksy-
somów (PPARs, ang.
peroxisome proliferator-
-activated receptors
) [19], glukozę, fruktozę,
SFA, insulinę i białko wiążące sterolowy
element regulatorowy 1c (SREBP-1c, ang.
sterol regulatory
element binding protein 1c
) [20]. Natomiast wielonienasycone
kwasy tłuszczowe (PUFA, ang.
polyunsaturated fatty acids
),
hormony tarczycy, glukagon oraz leptyna obniżają ekspre-
sję
SCD1
[21-24]. PUFA, szczególnie z rodziny n-3, są tak
silnym represorem SCD1 w wątrobie, że dodane do diety
znoszą stymulujący efekt diety bogatej w cukry na ekspre-
sję tego genu [1]. Ekspresja
SCD4
jest indukowana przez
dietę bogatą w cukry oraz aktywatory receptora LXRa. Co
ciekawe PUFA nie wpływają na ekspresję
SCD4
, natomiast
leptyna obniża ekspresję
SCD4
w mięśniu sercowym, ale nie
wpływa na poziom SCD1 oraz SCD2 w tym mięśniu [17].
O
9
CoA-S
10
stearoilo-CoA
+
NAD(P)H + H
reduktaza cytochromu b5
(FADH )
cytochrom b5
Fe
O
2
2+
2
SCD
NAD(P)
reduktaza cytochromu b5
(FAD)
cytochrom b5
Fe
H O
2
3+
O
9
10
CoA-S
oleoilo-CoA
Rycina 1.
Łańcuch transportu elektronów podczas wprowadzania nienasyconego wiązania do kwasu
stearynowego przez desaturazę stearoilo-CoA (SCD).
związane z siateczką endoplazmatyczną są stosunkowo nie-
wielkie w porównaniu z pętlami cytoplazmatycznymi, któ-
re zawierają także trzy zachowane w ewolucji reszty His w
pozycjach 119, 156, 296. Uważa się, że regiony te pełnią rolę
w dostarczaniu ligandów dla niehemowego atomu żelaza w
obrębie centrum katalitycznego enzymu [11].
Oczyszczone białko SCD1 posiada masę cząsteczkową
~37 kDa. O ile cytochrom
b
5
i reduktaza cytochromu
b
5
za-
leżna od NADH są białkami stabilnymi, o tyle SCD1 jest
bardzo szybko degradowane w mikrosomach [12,13]. Jak
wykazano, za degradację SCD odpowiedzialny jest koniec
NH
2
tego białka zawierający 33 reszty aminokwasowe [12].
IZofoRMy SCD
RolA SCD W SyNTEZIE lIPIDóW
W narządach myszy zidentyikowano dotychczas cztery
izoformy SCD, tj. SCD1, SCD2, SCD3 i SCD4, podczas gdy u
szczurów stwierdzono obecność dwóch izoform tego enzy-
mu [14]. U myszy wszystkie geny
SCD
są położone na chro-
mosomie 19 i kodują transkrypt o wielkości ~4,9 kpz. U ludzi
odkryto dwie izoformy SCD, nazwane SCD1 i SCD5, które
początkowo są eksprymowane w większości narządów, a w
późniejszym okresie rozwoju występują głównie w mózgu i
trzustce [1,14]. U ludzi gen
SCD1
jest zlokalizowany na chro-
mosomie 10 i obejmuje 24 kpz z sześcioma eksonami. Dodat-
kowo chromosom 17 zawiera nieaktywny transkrypcyjnie
„pseudogen”
SCD1
. Gen
SCD5
jest zlokalizowany na chro-
mosomie 4 i obejmuje 169 kpz z 5 eksonami. Chociaż ludzkie
i mysie izoformy SCD1 charakteryzuje 85–88% podobieństwa
w sekwencji aminokwasów, to jednak ich występowanie w
tkankach znacznie się różni [1]. U myszy SCD1 występuje
przede wszystki w białej tkance tłuszczowej, brunatnej tkan-
ce tłuszczowej, gruczołach przyocznych, gruczole napletko-
wym i gruczole tarczkowym. Poza tym ekspresja
SCD1
jest w
wysokim stopniu indukowana w wątrobie i w mięśniu serco-
wym w odpowiedzi na dietę bogatą w cukry [15]. Izoforma
SCD2 jest syntetyzowana głównie w mózgu, a poza tym, po-
dobnie jak SCD1, w nerkach, śledzionie, mięśniu sercowym
i płucach. Wykazano także, że ekspresja
SCD2
jest niezbęd-
na do prawidłowego różnicowania preadipocytów 3T3-L1
[16]. W tkance tłuszczowej i w powiekach występują SCD1 i
SCD2, podczas gdy w skórze, gruczołach przyocznych oraz
gruczole napletkowym SCD1, SCD2 i SCD3. SCD4 występuje
Dostępne dane wskazują na bardzo ważną funkcję, jaką
pełni SCD1 w regulacji syntezy
de novo
nie tylko kwasów
tłuszczowych, ale także lipidów złożonych. Podczas, gdy
zahamowanie aktywności SCD1 prowadzi do obniżenia
akumulacji lipidów, to wzmożona synteza tego białka pro-
wadzi do wzrostu syntezy triacylogliceroli [6]. Wykazano
także, że spadek aktywności SCD1 w wątrobie powoduje
obniżenie stężenia triacylogliceroli krążących w osoczu
poprzez zmniejszenie wydzielania triacylogliceroli związa-
nych z lipoproteinami o bardzo małej gęstości (VLDL, ang.
very low-density lipoprotein
) przez wątrobę [25]. Nowych da-
nych dostarczyły badania przeprowadzone z użyciem my-
szy z nokautem genu
SCD1
, u których stwierdzono obniżo-
ną zawartości triacylogliceroli i estrów cholesterolu [26,27]
oraz spadek
de novo
syntezy kwasów tłuszczowych w wą-
trobie [28]. Myszy te posiadają także znacznie obniżony po-
ziom triacylogliceroli we frakcjach VLDL oraz lipoprotein o
małej gęstości (LDL, ang.
low-density lipoprotein
) w porów-
naniu z myszami typu dzikiego. Ponadto, są one oporne na
stłuszczenie wątroby wywołane dietą bogatą w cukry lub
tłuszcze [24,28]. Wykazano także, że
SCD1
jest głównym ge-
nem docelowym działania leptyny, hormonu wydzielanego
przez tkankę tłuszczową, a metaboliczny efekt działania tej
adipokiny w wątrobie zachodzi w znacznym stopniu po-
przez jej wpływ na obniżenie ekspresji
SCD1
[24]. Represja
SCD1
przez leptynę jest przy tym niezależna od insuliny czy
też od czynnika transkrypcyjnego SREBP-1c. Dlatego sądzi
się, że to właśnie leptyna a nie insulina jest głównym czyn-
167
Postępy Biochemii 58 (2) 2012
nikiem regulującym syntezę MUFA w wątrobie pacjentów
chorych na cukrzycę typu 2 spowodowaną otyłością [29].
Co więcej, otyłe, pozbawione leptyny myszy
ob/ob
akumu-
lują znaczne ilości lipidów w wątrobie, natomiast nokaut
genu
SCD1
u tych zwierząt normalizuje stłuszczenie wątro-
by do poziomu spotykanego u myszy typu dzikiego [24].
Dotychczas przeprowadzone badania pozwoliły na za-
proponowanie kilku mechanizmów, poprzez które wycisze-
nie genu
SCD1
hamuje tempo syntezy i obniża akumulację
lipidów. Analiza ekspresji genów za pomocą mikromacie-
rzy wykazała, że geny kodujące białka związane z syntezą
lipidów, takie jak SREBP-1c, syntaza kwasów tłuszczowych
(FAS, ang.
fatty acid synthase
), karboksylaza acetylo-CoA
(ACC, ang.
acetyl-CoA carboxylase
) oraz acetylotransferaza
glicerolofosforanowa (GPAT, ang.
glycerol-3-phosphate acyl-
transferase
), charakteryzują się obniżoną syntezą w wątrobie
myszy
SCD1
-/- [28]. SREBP-1c jest główną formą czynnika
transkrypcyjnego SREBP-1 w wątrobie, odpowiedzialnego
za regulację ekspresji genów kodujących białka zaangażo-
wane w lipogenezę [28]. Dlatego też wydaje się, że obniże-
nie ekspresji
SREBP-1c
oraz wzrost tempa utleniania kwa-
sów tłuszczowych (omówiony poniżej) są odpowiedzialne
za spadek syntezy i zawartości lipidów w wątrobie myszy
SCD1
-/-. Inna możliwość to zmiana składu i zawartości
kwasów tłuszczowych w fosfolipidach, co może prowadzić
do zmian właściwości błon komórkowych oraz wpływać
na aktywność szlaków sygnałowych. Przeprowadzone ba-
dania wykazały, że wyciszenie ekspresji
SCD1
powoduje
zmiany w składzie kwasów tłuszczowych we frakcji fosfoli-
pidów na skutek translokacji do błon fosfotransferazy cho-
linowej, co z kolei prowadzi do wzrostu syntezy fosfatydy-
locholiny w wątrobie [26]. Ponieważ acylotransferaza dia-
cyloglicerolowa (DGAT, ang.
diacylglycerol acyltransferase
),
enzym zaangażowany w syntezę
de novo
triacylogliceroli,
oraz fosfotransferaza cholinowa korzystają z tej samej puli
diacylogliceroli, a fosfotransferaza cholinowa ma kilkukrot-
nie większe powinowactwo do tego substratu niż DGAT
[30], uważa się, że wzrost syntezy fosfatydylocholiny może
być odpowiedzialny za redukcję poziomu triacylogliceroli
u myszy z nokautem genu
SCD1
[26]. Wydaje się także, że
kwas oleinowy syntetyzowany przez SCD jest głównym
substratem do syntezy triacylogliceroli w wątrobie, ponie-
waż pochodzący z diety oleinian nie normalizuje zawartości
triacylogliceroli przy braku ekspresji
SCD1
[28,31]. Tezę tę
potwierdzają badania nad wewnątrzkomórkową lokaliza-
cją SCD1, które wykazały, że białko to zlokalizowane jest w
siateczce endoplazmatycznej, w bliskim sąsiedztwie DGAT
[32]. Przypuszcza się, że te dwa enzymy mogą tworzyć
kompleks regulujący syntezę
de novo
triacylogliceroli, w
którym główną funkcją SCD jest dostarczanie DGAT łatwo
dostępnych substratów, jakimi są MUFA [32].
rów trenowanych w porównaniu ze zwierzętami kontrol-
nymi. Wraz z podwyższoną ekspresją genu/aktywnością
SCD1
zawartość wolnych kwasów tłuszczowych, diacylo-
gliceroli oraz triacylogliceroli była zwiększona w mięśniu
płaszkowatym szczurów po treningu wytrzymałościowym.
Trening nie miał natomiast wpływu na zawartość lipidów
w prostowniku palców oraz w wątrobie. Dodatkowo, tre-
ning wytrzymałościowy aktywował w mięśniu płaszkowa-
tym oraz w wątrobie szlaki metaboliczne zależne od kinazy
białkowej aktywowanej przez AMP (AMPK, ang.
AMP ac-
tivated protein kinase
) oraz od PPARδ i PPARα. Zwiększo-
na akumulacja lipidów w mięśniu płaszkowatym zwierząt
trenowanych była powiązana z podwyższoną zawartością
białka FAS oraz mRNA DGAT i GPAT. Również zawartość
białek związanych z transportem kwasów tłuszczowych,
tj. traslokazy kwasów tłuszczowych (FAT/CD36, ang.
fatty
acid translocase
) oraz białka transportującego kwasy tłusz-
czowe 1, była podwyższona w tym mięśniu, podczas gdy
ekspresja genu
SREBP-1c
, jak również zawartość białka
SREPB1 nie były zmienione pod wpływem treningu. Podsu-
mowując, wyniki te sugerują, że aktywacja SCD1 odgrywa
ważną rolę w adaptacji mięśni szkieletowych o metaboli-
zmie tlenowym do treningu wytrzymałościowego [33].
uDZIAł SCD W uTlENIANIu kWASóW
TłuSZCZoWyCH oRAZ TERMogENEZIE
Myszy asebia, które charakteryzują się obecnościę natu-
ralnej mutacji w genie
SCD1
[34], jak również te z celowym
nokautem tego genu (
SCD1
-/-) charakteryzują się zwięk-
szonym o 10–15% spożyciem pokarmu, przy jednocześnie
zmniejszonym stłuszczeniu ciała w porównaniu z myszami
typu dzikiego [24,35]. Dane te wskazywały na zwiększone
zużycie energii w przypadku myszy
SCD1
-/-. Hipotezę tę
potwierdzono poprzez pomiar zużycia tlenu za pomocą ka-
lorymetrii pośredniej, który wykazał, że myszy
SCD1
-/- mają
wyższe tempo metabolizmu podstawowego niż zwierzęta
kontrolne [24,35]. Następnie stwierdzono, że nokaut genu
SCD1
istotnie podnosi tempo utleniania kwasów tłuszczo-
wych w wątrobie [36], mięśniach szkieletowych [37] oraz
brunatnej tkance tłuszczowej [38].
Molekularne mechanizmy zaangażowane we wzrost
tempa utleniania kwasów tłuszczowych spowodowany
brakiem ekspresji genu
SCD1
nie są w pełni poznane. Jedną
z możliwości jest aktywacja AMPK, co z kolei powoduje fos-
forylację i zahamowanie aktywnosci ACC oraz spadek za-
wartości malonylo-CoA w komórkach [39]. Malonylo-CoA,
poza tym, że jest produktem pośrednim w biosyntezie
kwasów tłuszczowych, jest także inhibitorem aktywności
acylotransferazy karnitynowej 1 (CPT1, ang.
carnitine palmi-
toyltransferase 1
), kluczowego enzymu odpowiedzialnego za
transport kwasów tłuszczowych do mitochondriów, gdzie
ulegają one utlenianiu. Przeprowadzone badania wykazały
podwyższoną aktywność AMPK, obniżoną zawartość ma-
lonylo-CoA, zwiększoną aktywność CPT1 oraz wyższe tem-
po utleniania kwasów tłuszczowych w wątrobie [36] oraz
mięśniach szkieletowych myszy
SCD1
-/- [37]. Mechanizm
aktywacji AMPK spowodowany brakiem ekspresji
SCD1
nie jest jeszcze w pełni poznany. Dostępne rezultaty badań
wskazują, że jest to proces niezależny od leptyny [36] oraz
od PUFA [40]. Wykazano natomiast, że AMPK jest akty-
SCD1 odgrywa także ważną rolę w adaptacji mięśni
szkieletowych do treningu wytrzymałościowego poprzez
regulację syntezy triacylogliceroli [33]. Jak wykazano, tre-
ning wytrzymałościowy w znaczący sposób podnosi zawar-
tość mRNA oraz białka SCD1 w mięśniu płaszkowatym,
natomiast nie wpływa na zawartość tego białka w mięśniu,
prostowniku palców oraz w wątrobie. Współczynnik desa-
turacji (18:1Δ9/18:0), pośredni wskaźnik aktywności SCD,
był także znacząco wyższy w mięśniu płaszkowatym szczu-
168
www.postepybiochemii.pl
wowane przez kwas stearynowy pochodzący z diety [41].
Kwas stearynowy ma zwiększony udział w puli kwasów
tłuszczowych w wątrobie myszy
SCD1
-/- w porównaniu
ze zwierzętami kontrolnymi [35], stąd też prawdopodobnie
jest to jeden z czynników aktywujących AMPK w tkankach
z obniżoną aktywnością SCD.
Innym czynnikiem wpływającym na tempo utleniania
kwasów tłuszczowych w mitochondriach jest regulacja tego
procesu na poziomie transkrypcji. Analiza ekspresji genów
wykazała, że poziom mRNA genów zaangażowanych w
utlenianie kwasów tłuszczowych, takich jak CPT1, oksydaza
acylo-CoA, dehydrogenza długołańcuchowych acylo-CoA
jest podwyższona w wątrobie myszy
SCD1
-/- [35]. Ponieważ
geny te regulowane są przez PPARα [42], wysunięto hipotezę,
że podwyższone utlenianie kwasów tłuszczowych w wątro-
bie myszy
SCD1
-/- może być spowodowane aktywacją tego
właśnie czynnika. Jednakże okazało się, że myszy z jedno-
czesnym nokautem dwóch genów:
SCD1
i
PPARα
(
SCD1
-/-,
PPARα
-/-) były ciągle chronione przed otyłością, miały zwięk-
szone wydatkowanie energii oraz podwyższoną ekspresję ge-
nów regulowanych przez PPARα [28]. Wyniki te pokazują, że
zmniejszone stłuszczenie ciała, obniżona zawartość lipidów
w wątrobie, zwiększone tempo metabolizmu podstawowego
oraz podwyższona ekspresja genów kodujących białka biorące
udział w utlenianiu kwasów tłuszczowych u myszy z nokau-
tem SCD1 są niezależne od ekspresji
PPARα
[28].
relowane z podwyższoną wrażliwością tkanek na insulinę
[45]. Również badania przeprowadzone z wykorzystaniem
zwierząt z zahamowaną ekspresją genu
SCD1
pokazały, że
SCD odgrywa ważną rolę w regulacji wrażliwości komórek
na insulinę. Myszy
SCD1
-/- mają znacząco podwyższoną
tolerancję na glukozę, mimo niższego poziomu insuliny w
osoczu na czczo, w porównaniu z myszami typu dzikiego
[35,46]. Dodatkowo, test tolerancji insuliny wykazał, że przy
jednakowym poziomie insuliny wychwyt glukozy jest ponad
2 razy wyższy u myszy
SCD1
-/- w porównaniu z myszami
typu dzikiego [46]. Kolejne badania pokazały, że brak SCD1
prowadzi do wzrostu fosforylacji receptora insulinowego
oraz substratów receptora insulinowego 1 i 2 (IRS, ang.
in-
sulin receptor substrate
) w mięśniach szkieletowych. Również
asocjacja IRS1 i IRS2 z podjednostką alpha-p85 kinazy 3-fos-
foinozytolu oraz fosforylacja Akt-Ser-473 i Akt-Thr-308 były
podwyższone w mięśniach myszy
SCD1
-/- [46]. Zwiększona
aktywacja receptora insulinowego doprowadziła do zwięk-
szonej translokacji transportera glukozy 4 (GLUT4, ang.
glu-
cose transporter 4
) do błony komórkowej oraz wyższego wy-
chwytu glukozy w mięśniach szkieletowych pozbawionych
aktywności SCD [46]. Kolejne badania wykazały, że nokaut
genu SCD1 zwiększa wrażliwość na insulinę także w brunat-
nej tkance tłuszczowej [47] i wątrobie [43].
Związek pomiędzy aktywnością SCD oraz szlakiem insu-
linowym zaobserwowano także u myszy z nokautem genu
receptora insulinowego, gdzie brak metabolicznych efektów
działania insuliny spowodował obniżenie ekspresji
SCD1
oraz wzmożoną syntezę Akt2 i FAT/CD36 [48]. Następnie
wykazano [49], że nadekspresja
SCD1
w komórkach mię-
śniowych obniża fosforylację IRS1 oraz Akt, przez co nieko-
rzystnie wpływa na wychwyt glukozy oraz szlak insulinowy.
Również w różnych zwierzęcych modelach insulinoopor-
ności oraz u otyłych ludzi, obniżona tolerancja glukozy jest
istotnie skorelowana z podwyższoną aktywnością SCD [14].
Obserwacje te wspierają hipotezę, że podwyższona ekspresja
SCD1
może być przyczyną powstawania oporności na in-
sulinę oraz rozwoju cukrzycy typu 2 związanej z otyłością.
Co ciekawe, wyciszenie ekspresji genu
SCD1
specyicznie w
skórze także chroni myszy przed opornością na insulinę wy-
wołaną dietą [44]. Z drugiej strony, gdy mutację genu
SCD1
wprowadzono do myszy z zaburzoną gospodarką lipidową,
tj. z lipodystroią lub do nie posiadających leptyny myszy
BTBR, okazało się, że tak zmutowane zwierzęta mają obni-
żony poziom insuliny oraz podniesione stężenie glukozy w
osoczu. Badania wykazały, że powodem tych zmian była za-
burzona funkcja komórek beta trzustki spowodowana nad-
mierną akumulacją lipidów oraz obniżeniem tempa utlenia-
nia kwasów tłuszczowych w tych komórkach [50,51].
Zwiększone potrzeby energetyczne myszy
SCD1
-/- są
prawdopodobnie związane z podwyższonymi wydatkami
na termogenezę. Jak wykazano, wzrost zawartości białka re-
ceptora β3-adrenergicznego w brunatnej tkance tłuszczowej
powoduje aktywację koaktywatora receptora aktywowanego
przez proliferatory peroksysomów 1α (PGC-1α, ang.
peroxiso-
me proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α
) oraz wzmaga
rozprzęganie w mitochondriach poprzez białko rozprzęgające
1 (termogeninę). Prowadzi to do podniesienia termogenezy
podstawowej, a w konsekwencji do zwiększenia tempa me-
tabolizmu podstawowego u myszy z nokautem genu
SCD1
[38]. Co ciekawe, zmian takich nie zaobserwowano u myszy
ze specyicznie wątrobowym wyciszeniem tego genu [43].
Natomiast nokaut genu
SCD1
w skórze wzmagał utlenianie
kwasów tłuszczowych oraz termogenezę co chroniło te zwie-
rzęta przed otyłością powodowaną dietą bogatą w tłuszcz [44].
W przeciwieństwie do globalnego nokautu genu
SCD1
, wyci-
szenie ekspresji
SCD1
w skórze, nie chroniło myszy przed in-
dukowanym przez wielokrotne głodzenie i karmienie stłusz-
czeniem wątroby [44]. Rezultaty te pokazują, że część pozy-
tywnych metabolicznie efektów obserwowanych u myszy z
globalnym nokautem genu
SCD1
można wyjaśnić poprzez
zwiększone wydatki energetyczne związane z termogenezą.
Mechanizm, poprzez który SCD reguluje aktywność szla-
ku insulinowego nie jest do końca wyjaśniony. Jak wykazało
wiele badań, akumulacja wolnych kwasów tłuszczowych, ce-
ramidów oraz diacylogliceroli w komórkach mięśni szkieleto-
wych prowadzi do zahamowania insulinozależnej translokacji
GLUT4 z cytoplazmy do błony komórkowej i zmniejszenia do-
komórkowego wychwytu glukozy [52]. Efekt ten związany jest
m. in. z aktywacją kinazy białkowej C i zwiększeniem fosfory-
lacji receptora insulinowego oraz IRS1 i IRS2 w pozycji reszt
seryny/treoniny z jednoczesną defosforylacją w pozycji reszty
tyrozyny [53]. Taki układ fosforylacji hamuje aktywność tych
SCD1 W REgulACJI AkTyWNośCI
SZlAku INSulINoWEgo
Insulinooporność, zmniejszona odpowiedź komórki na
endo- lub egzogenną insulinę, jest jednym z głównych czyn-
ników ryzyka zaburzeń towarzyszących otyłości takich jak:
cukrzyca typu 2, nadciśnienie tętnicze, dyslipidemia oraz
niewydolność mięśnia sercowego. Badania nad polimori-
zmem genu
SCD1
wykazały, że występowanie u ludzi rzad-
kich alleli rs10883463, rs2167444 i rs508384 jest istotnie sko-
169
Postępy Biochemii 58 (2) 2012
białek i w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia aktywności
kinazy fosfatydylo-3-inozytolu oraz kinazy Akt. Podwyższo-
na zawartość wewnątrzkomórkowych lipidów może też bez-
pośrednio prowadzić do obniżenia aktywności kinazy Akt i
zahamowania translokacji GLUT4 do błony komórkowej [54].
Wiele badań wskazuje także na bezpośrednie zaangażowanie
AMPK w regulację wrażliwości komórek na insulinę. Wyka-
zano, że u szczurów karmionych dietą bogatą w tłuszcze ak-
tywacja AMPK przez AICAR (specyiczny aktywator AMPK)
lub pod wpływem wysiłku izycznego wzmaga zależny od
insuliny wychwyt glukozy [55,56]. Jak wspomniano powy-
żej, nokaut genu
SCD1
u myszy prowadzi do wzrostu tempa
utleniania kwasów tłuszczowych przez zwiększoną ekspresję
genów kodujących białka zaangażowane w ten proces oraz
poprzez aktywowanie szlaku regulowanego przez AMPK
[37]. Zwiększone utlenianie kwasów tłuszczowych prowa-
dzi z kolei do obniżenia zawartości kwasów tłuszczowych w
mięśniu płaszkowatym oraz w czerwonej części mięśnia brzu-
chatego łydki. Dodatkowo, zmniejszona aktywność palmito-
ilotransferazy serynowej wraz ze spadkiem zawartości kwasu
palmitynowego prowadzi do obniżenia zawartości ceramidu
w mięśniach o charakterze tlenowym u myszy
SCD1
-/- [37].
Podobny efekt nokautu genu SCD1 zaobserwowano także w
mięśniach otyłych myszy
ob/ob
. Wszystkie te dane wskazują,
że obniżona zawartość wolnych kwasów tłuszczowych, cera-
midów oraz diacylogliceroli razem z podwyższoną fosforyla-
cją AMPK mogą być jednym z mechanizmów, poprzez które
wyciszenie genu
SCD1
prowadzi do podwyższenia wrażliwo-
ści mięśni szkieletowych na insulinę (Ryc. 2).
Nokaut genu
SCD1
powoduje także obniżenie syntezy
białkowej fosfatazy tyrozynowej 1B (PTP-1B, ang.
protein
tyrosine phosphatase-1B
), enzymu który katalizuje defosfory-
lację receptora insulinowego, IRS1 oraz IRS2 [46,47]. Jak za-
obserwowano, zmniejszona ekspresja genu
PTP-1B
oraz ak-
tywność tego białka stwierdzona w mięśniach myszy
SCD1
-
/- prowadzi do przedłużonej autofosforylacji receptora
insulinowego, czego efektem jest zwiększona jego wrażli-
wość na insulinę (Ryc. 2). W zgodzie z tą obserwacją, myszy
PTP-1B
-/- wykazują podwyższoną fosforylację receptora
insulinowego i IRS1 w mięśniach, zarówno w stanie podsta-
wowym, jak i po stymulacji insuliną [57]. Nie jest wiadomo,
czy
PTP-1B
jest genem docelowym działania SCD, czy też
spadek aktywności i ekspresji
PTP-1B
jest wtórnym efektem
zmian w metabolizmie lipidów spowodowanych przez no-
kaut genu
SCD1
.
Kolejnym istotnym czynnikiem, który może bezpośrednio
wpływać na aktywność szlaku insulinowego są zmiany we
właściwościach izykochemicznych błon komórkowych [14].
Zaobserwowano, że spadek zawartości MUFA w fosfolipidach
błon komórkowych w mięśniach myszy SCD1-/- jest kompen-
sowany poprzez wzrost zawartości PUFA w tej frakcji. Wzrost
ilości podwójnych wiązań w łańcuchach kwasów tłuszczo-
wych wpływa na zwiększenie płynności błon, w efekcie czego
dochodzi do zwiększonej agregacji receptora insulinowego,
a w konsekwencji do większej jego fosforylacji po związaniu
z insuliną [52]. Wydaje się zatem, że zmiana składu kwasów
tłuszczowych w fosfolipidach błon komórkowych może być
jednym z mechanizmów, poprzez który nokaut genu
SCD1
zwiększa wrażliwość komórek na insulinę [26].
Interesujących danych o udziale
SCD1
w regulacji me-
tabolizmu węglowodanów dostarczyły badania przepro-
wadzone na myszach, u których wyciszono ekspresję genu
SCD1
specyicznie w wątrobie [43]. U zwierząt tych stwier-
dzono zmniejszony poziom glukoneogenezy w wątrobie,
czego efektem była hipoglikemia (t.j. obniżone stężenie glu-
kozy we krwi) oraz spadek zawartości glukozo-6-fosforanu
oraz ksylulozo-5-fosforanu [43]. Zauważono także, że zaha-
mowanie aktywności SCD1 w wątrobie poprawia wrażli-
wość tego narządu na insulinę oraz chroni przed opornością
na insulinę wywołaną dietą bogatą w tłuszcz [58]. Efekt ten
był związany z podwyższoną fosforylacją Akt oraz spad-
kiem ekspresji genów kodujących glukozo-6-fosfatazę i kar-
boksykinazę fosfoenolopirogronianową. Na podstawie tych
danych postawiono hipotezę, że w wątrobie podwyższona
ekspresja genu/aktywność
SCD
jest niezbędna do indukcji
oporności na insulinę wywołaną dietą [58].
SCD1
WPłyW SCD NA METAbolIZM MIĘśNIA SERCoWEgo
PTP-1B
ultenianie FA
AMPK
Głównymi substratami energetycznymi mięśnia sercowego
są kwasy tłuszczowe, glukoza, kwas mlekowy i ciała ketono-
we. W warunkach izjologicznych kwasy tłuszczowe pokry-
wają ok. 60–80% zapotrzebowania energetycznego serca, nato-
miast źródłem pozostałych 20–40% energii jest glukoza. Utrzy-
manie homeostazy energetycznej w mięśniu sercowym jest
niezbędne dla jego prawidłowej funkcji. Wykonane badania
wykazały, że globalny nokaut genu
SCD1
prowadzi do zwięk-
szenia użycia glukozy jako substratu energetycznego z jedno-
czesnym obniżeniem tempa wykorzystania kwasów tłuszczo-
wych w mięśniu sercowym [59]. Badanie echokardiograicz-
ne wykazało, że zmiana ta nie wywołuje zaburzeń pracy
serca. Kolejne eksperymenty wykazały, że wprowadzenie
globalnego nokautu genu
SCD1
u otyłych myszy
ob/ob
pro-
wadzi do istotnego obniżenia akumulacji lipidów w sercu,
spadku poziomu apoptozy kardiomiocytów oraz istotnej
poprawy funkcji rozkurczowej i skurczowej lewej komory
[60]. Zmianom tym towarzyszyło obniżenie dokomórkowego
lipogeneza
IR-P
FFA
FA-CoA
Ceramidy
IRS1-P
IRS2-P
pAkt
Translokacja GLUT4
do błon
Wychwyt glukozy
Rycina 2.
Wpływ wyciszenia ekspresji genu kodującego desaturazę stearoilo-
-CoA 1 (
SCD1
) na aktywność szlaku insulinowego. AMPK — kinaza białkowa
zależna od AMP; FFA — wolne kwasy tłuszczowe; GLUT4 — białko transportu-
jące glukozę 4; IR — receptor insulinowy; IRS — substrat receptora insulinowego;
PTP-1B — białkowa fosfataza tyrozynowa 1B.
170
www.postepybiochemii.pl