Antidiabetické lipidy jako substráty neutrálních lipáz (5.1. 2021)

Množství tělesného tuku je řízeno rovnováhou mezi degradací a syntézou triacylglycerolů (TAG). Tuková triglyceridová lipáza (adipose triglyceride lipase, ATGL) a hormon-senzitivní lipáza (HSL) jsou klíčovými hráči v katabolismu TAG a poskytují mastné kyseliny (FA) jako energetické substráty a metabolické meziprodukty. Díky spolupráci s kolegy z Univerity Graz, Université de Montpellier a Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR jsme objevili, že ATGL a HSL metabolizují TAG obsahující antidiabetické lipidové mediátory FAHFA (FA estery hydroxylovaných FA ovlivňující vstup glukózy do buněk), což výrazně reguluje uvolňování bioaktivních lipidů. Náš článek spojuje metabolismus TAG zprostředkovaný lipolýzou s regulací antidiabetických signálních lipidů.

FAHFA vázané na glycerol v TAG, pojmenované TAG estolidy, slouží jako metabolický sklad FAHFA. Zjistili jsme, že samotná ATGL nebo ATGL stimulovaná aktivátorem CGI-58 účinně uvolňovala FAHFA z TAG estolidů s preferencí pro kompaktnější substráty, kde je bod rozvětvení estolidu umístěn poblíž glycerolesterové vazby. ATGL se dále podílela na transesterifikačních a remodelačních reakcích vedoucích k tvorbě TAG estolidů s alternativními acylovými kompozicemi. HSL představovala mnohem účinnější hydrolázu estolidové vazby jak pro TAG estolidy, tak pro volné FAHFA. Akumulace FAHFA a TAG estolidů v bílé tukové tkáni myší bez HSL ukazuje na důležitou roli HSL v katabolismu estolidů in vivo.

K. Brejchova, F.P.W. Radner, L. Balas, V. Paluchova, T. Cajka, H. Chodounska, E. Kudova, M. Schratter, R. Schreiber, T. Durand, R. Zechner, O. Kuda. Distinct roles of adipose triglyceride lipase and hormone-sensitive lipase in the catabolism of triacylglycerol estolides. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 118(2) (2021) e2020999118. IF = 9.412 DOI

Mitochondriální kardiolipin v tukové tkáni jako nový cíl pro léčbu srdeční kachexie (7.12. 2020)

Více než polovina úmrtí v České republice je způsobena kardiovaskulárními onemocněními, přičemž většina pacientů trpí srdečním selháním (HF). Dlouhodobá prognóza se zhoršuje kachexií, která se rozvíjí u části těchto nemocných. Účinná léčba kachexie však zatím neexistuje. Ve spolupráci vědců z Institutu klinické a experimentální medicíny a Fyziologického ústavu Akademie věd České republiky v Praze byla provedena studie u pacientů s HF, kteří podstoupili transplantaci srdce (n = 52). V tukové tkáni lokalizované v okolí srdce pacientů s kachexií jsme prokázali (i) výrazné uvolňování mastných kyselin (FA) vlivem neurohumorální stimulace a (ii) syntézu neobvyklého fosfolipidu kardiolipinu (CL 70:6). Tento fosfolipid může zhoršovat mitochondriální funkce v tukových buňkách a umocňovat tak kachektizaci tkáně. Mohl by představovat nový léčebný cíl při kachexii.

U pacientů se srdečním selháním dochází vlivem natriuretických peptidů (NP), sympatického nervového systému (SNS) a renin-angiotensin-aldosteronového systému (RAAS) ke stimulaci lipolytického štěpení triacylglycerolů (TAG) v tukové tkáni. Tím je zvýšeno uvolňování FA a glycerolu do cirkulace. U pacientů se stabilní tělesnou hmotností je štěpení TAG v rovnováze s jejich syntézou, která závisí na glyceroneogenezi, de novo syntéze FA (DNL) a FA re-esterifikaci. Tyto reakce potřebují ATP, které je syntetizováno oxidační fosforylací (OXPHOS) spojenou s β-oxidací FA v mitochondriích. Patologické zvýšení lipolýzy u pacientů s kachexií je spojeno se syntézou kardiolipinu CL 70:6 v tukové tkáni. Tento lipid indukuje odpřažení OXPHOS a tím inhibuje syntézu ATP. Výsledkem je nedostatečná obnova TAG v adipocytech a úbytek tukové tkáně.

Janovska P, Melenovsky V, Svobodova M, Havlenova T, Kratochvilova H, Haluzik M, Hoskova E, Pelikanova T, Kautzner J, Monzo L, Jurcova I, Adamcova K, Lenkova L, Buresova J, Rossmeisl M, Kuda O, Cajka T, Kopecky J. Dysregulation of epicardial adipose tissue in cachexia due to heart failure: the role of natriuretic peptides and cardiolipin. Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle 2020; IF: 9.802 DOI

Neurosteroid pregnenolon sulfát - odhalení místa jeho působení na N-methyl-D-aspartátový receptor (26.10. 2020)

NMDA receptory jsou iontové kanály podílející se na přenosu elektrického signálu mezi nervovými buňkami. Jejich snížená funkce přispívá k řadě závažných neuropsychiatrických onemocnění, jako například ke schizofrenii, či autismu. Aktivita NMDA receptorů může být zvýšena prostřednictvím nejrůznějších látek včetně neurosteroidů.  Ve spolupráci s Ústavem organické chemie a biochemie AV ČRse nám podařilo odhalit vazebné místo a objasnit mechanismus působení pro přirozeně se vyskytující neurosteroid pregnenolon sulfát (PES). PES se váže na rozhraní membránových domén NMDA receptoru v zavřeném stavu, což po následné aktivaci receptoru pomocí glutamátu vede k přeuspořádání membránových domén a stabilizaci otevřeného stavu iontového kanálu NMDA receptoru. Dané poznatky mohou přispět k vývoji nových látek pro léčbu onemocnění spojených s nedostatečnou funkcí glutamátergního systému.

Interakce molekuly PES (zeleně) s membránovými doménami NMDA receptoru v otevřeném stavu získaná dokováním následovaným molekulárně-dynamickou simulací. Aminokyseliny zapojené do interakce s molekulou PES jsou vyznačeny červeně.

Hrčka Krausová B, Kysilov B, Černý J, Vyklický V, Smejkalová T, Ladislav M, Balík A, Kořínek M, Chodounská H, Kudová E, Vyklický ml. L. Site of Action of Brain Neurosteroid Pregnenolone Sulfate at the N-Methyl-D-Aspartate Receptor. Journal of Neuroscience. 2020; 40 (31) 5922-5936. IF: 5.673 DOI

Dietní suplementace olejem z Krilu jako nová strategie ke zlepšení citlivosti organismu k inzulínu a snížení akumulace tuku v játrech při obezitě (20.10. 2020)

Změna životního stylu zahrnující i zdravou výživu představuje důležitou součást strategie prevence i léčby negativních metabolických důsledků obezity. Olej z Krilu jako extrakt z antarktického krilu Euphausia superba (tj. korýšů vyskytujících se v antarktických vodách) je relativně novým zdrojem omega-3 polynenasycených mastných kyselin (Omega-3). Bylo prokázáno, že doplňky stravy obsahující Omega-3, obvykle podávané ve formě koncentrátu na bázi triacylglycerolů nebo ethylesterů, mohou snížit zánět a nadměrné ukládání tuku v játrech (tj. jaterní steatózu).

U obézních pacientů s diabetem 2. typu však podávání těchto forem Omega-3 nemusí nutně vést ke zlepšení citlivosti organismu k inzulínu, a navíc může zhoršit dlouhodobou kontrolu metabolismu glukózy. Proto jsme na obézních myších testovali, zda podání Omega-3 navázaných na jiný lipidový nosič, v tomto případě na fosfolipidy v krilovém oleji, může mít příznivé metabolické účinky a zároveň zlepšit metabolismus glukózy a citlivost organismu k inzulínu.

Naše studie prokázaly, že suplementace krillovým olejem dokáže snížit steatózu jater více než Omega-3 podávané ve formě triacylglycerolů, a tento účinek krillového oleje byl doprovázen zlepšenou inzulínovou citlivostí na úrovni jater i celého těla. Příznivý účinek krilového oleje na glukózovou homeostázu byl spojen nejen se zlepšenou biologickou dostupností Omega-3 (např. EPA, n-3 DPA) ve tkáních, ale také s cirkulujícími hladinami kyseliny palmitolejové, již dříve identifikovaného lipokinu (tj. hormonu lipidové povahy) s inzulín-senzitizujícími vlastnostmi, jehož obsah je v krilovém oleji zvýšen. Kromě toho olej z krilu účinněji než Omega-3 na bázi triacylglycerolů indukoval katabolismus mastných kyselin v tenkém střevě. Tento proces by tak mohl přispívat k silnému antisteatotickému účinku krilového oleje. Naše výsledky poskytují obecné zdůvodnění pro použití fosfolipidů s obsahem Omega-3 jako doplňků výživy se silnými inzulín-senzitizujícími a antisteatotickými účinky.

Samci C57BL/6N myší byli krmeni po dobu 8 týdnů dietou s vysokým obsahem tuku na bázi kukuřičného oleje (cHF) nebo doplněnou koncentrátem Omega-3 obsažených v triacylglycerolech (cHF+ω3TG) nebo fosfolipidech z krilového oleje (cHF+ω3PL); štíhlé kontroly byly krmeny nízkotučnou standardní dietou (A). Podávání cHF zhoršilo citlivost k inzulínu (stanoveno měřením rychlosti infůze glukózy během hyperinzulinemické-euglykemické svorky;  B – nahoře) a způsobilo výraznou akumulaci lipidů v játrech (tj. steatózu jater;  B – dole). Zatímco u cHF+ω3PL myší byla citlivost k inzulínu téměř zachována a jaterní steatóza prakticky eliminována, u cHF+ω3TG myší byly pozorovány mnohem méně výrazné účinky. Příznivé metabolické změny pozorované po podání krillového oleje mohou souviset se zvýšenými hladinami inzulín-senzitizujícího lipokinu palmitoleátu (POA) v cirkulaci (C – nahoře) a zvýšeným katabolismem mastných kyselin přímo ve střevní tkáni (C – dole).

Rossmeisl M, Pavlisova J, Bardova K, Kalendova V, Buresova J, Kuda O, Kroupova P, Stankova B, Tvrzicka E, Fiserova E, Horakova O, Kopecky J. Increased plasma levels of palmitoleic acid may contribute to beneficial effects of Krill oil on glucose homeostasis in dietary obese mice. Biochim Biophys Acta Mol Cell Biol Lipids. 2020;1865(8):158732. IF: 4.519 DOI

Kroupova P, van Schothorst EM, Keijer J, Bunschoten A, Vodicka M, Irodenko I, Oseeva M, Zacek P, Kopecky J, Rossmeisl M, Horakova O. Omega-3 Phospholipids from Krill Oil Enhance Intestinal Fatty Acid Oxidation More Effectively than Omega-3 Triacylglycerols in High-Fat Diet-Fed Obese Mice. Nutrients. 2020;12(7):2037. IF: 4.546 DOI

Nový mechanismus výlevu inzulinu poukazuje na důležitost redoxní signalizace (14.10. 2020)

Výlev inzulinu β buňkami pankreatických ostrůvků je esenciální pro udržení glukozové homeostázy v těle. Jeho porucha je příčinou cukrovky. Mechanismus výlevu byl donedávna úzce spjat výhradně se zvýšenou koncentrací energetické molekuly ATP v buňce, která iniciuje kaskádu výlevu inzulinu. Naše výsledky ukázaly, že kromě ATP je pro efektivní inzulinový výlev důležitá redoxní signalizace uvnitř β buňky. Konkrétně jsme poukázali na enzym NADPH oxidázu, izoformu 4, jejíž aktivita se zvýší po stimulaci β buňky glukózou. To vede ke krátkodobému zvýšení pro-oxidační molekuly, peroxidu vodíku, který spolu s ATP navodí výlev inzulinu. Výsledky poukazují na důležitou roli redoxní signalizace ve fyziologii β buňky.  

Plecitá-Hlavatá L, Jabůrek M, Holendová B, Tauber J, Pavluch V, Berková Z,  Cahová M,  Schröder K, Brandes R.P, Siemen D, Ježek P Glucose-Stimulated Insulin Secretion Fundamentally Requires H(2)O(2)Signaling by NADPH Oxidase 4 . Diabetes. 2020; 69(7); 1341-1354,IF: 7.720

Detailní charakterizace redoxního prostředí β buňky přispěje k pochopení mechanismu výlevu inzulinu

Důležitost redoxní signalizace při výlevu inzulinu, jakožto reakce na zvýšenou hladinu glukózy v těle  jsme popsali v publikaci výše. Důležitý enzym v tomto mechanismu je cytosolická NADPH oxidáza. Je ale známo, že mitochondrie kromě energetické molekuly ATP taktéž produkují superoxid a jiné kyslíkové reaktivní radikály, které by potenciálně mohly ovlivnit celkový redoxní stav β buňky a tím ovlivnit výlev inzulinu. V této práci jsme zjistili, že indukce glukózou naopak způsobí pokles produkce superoxidu v mitochondriích a popsali jsme molekulární mechanismus, jak k tomu dochází. K výzkumu jsme mimo jiné využili nové sondy a metodu fluorescenční mikroskopie umožňující sledování změn redoxního stavu v reálném čase v jednotlivých kompartmentech buňky.

(A) Nový molekulární mechanismus výlevu inzulinu vyzdvihující roli redoxní signalizace u β buněk, kterou lze indukovat různými substráty (glukóza, mastné kyseliny (FA), aminokyselin (AA), Arginin (Arg)).

(B, C) Popis hlavních metabolických a redoxních toků v β buňce při klidové hladině glukózy (B, nezpůsobující výlev inzulinu) a vyšší hladině glukózy indukující výlev inzulinu (C).

Plecitá-Hlavatá L, Engstová H, Holendová B, Tauber J, Špaček T, Petrásková L, Křen V, Špačková J, Gotvaldová K,Ježek J, Dlasková A, Smolková K, Ježek P Mitochondrial Superoxide Production Decreases on Glucose-Stimulated Insulin Secretion in Pancreatic beta Cells Due to Decreasing Mitochondrial Matrix NADH/NAD(+) Ratio . Antioxidants & Redox Signaling. 2020; 33(12); 789-815 . IF: 6.323 DOI