Siirtäjäproteiinit vaikuttavat kolesterolin poistoon

Tutkimuksen tausta ja tavoitteet

Sydän- ja verisuonitaudit ovat yleisin kuolinsyy teollistuneissa maissa. Ateroskleroosissa eli valtimonkovettumataudissa verisuonten seinämiin kertyy kolesterolia pääasiassa muuntuneen LDL:n (low-density lipoprotein) muodossa. Verisuonten seinämän syöjäsolut eli makrofagit ottavat verenkierrosta kolesterolia sisäänsä ja muuttuvat kolesterolin täyttämiksi vaahtosoluiksi. Korkea HDL (high-density lipoprotein) -pitoisuus verenkierrossa suojaa ateroskleroosilta, sillä HDL-hiukkaset toimivat kolesterolin käänteisessä kuljetuksessa. HDL-hiukkaset ottavat vastaan verisuonten seinämään kertynyttä kolesterolia ja kuljettavat sitä maksaan elimistöstä poistettavaksi. Väitöskirjatutkimuksen kohdeproteiinit, fosfolipidin siirtäjäproteiini (PLTP) ja kolesteroliesterin siirtäjäproteiini (CETP), muokkaavat verenkierron HDL-hiukkasten rakennetta ja ominaisuuksia. PLTP lisää pienten pre?-HDL-hiukkasten ja suurten HDL-hiukkasten määrää sekä ylläpitää verenkierron HDL-tasoja. Pienten pre?-HDL-hiukkasten on osoitettu olevan tehokkaita kolesterolin vastaanottajia vaahtosoluista. PLTP esiintyy verenkierrossa kahdessa eri muodossa, aktiivisessa ja inaktiivisessa, mutta inaktiivisen PLTP:n fysiologista merkitystä ei tunneta. CETP esiintyy verenkierrossa pääasiassa HDL-hiukkasiin liittyneenä ja siirtää kolesteroliestereitä sekä triglyseridejä verenkierron lipoproteiinipartikkelien välillä. Useat tutkimusryhmät ovat selvittäneet sekä PLTP:n että CETP:n toimintaa kolesterolin takaisinkuljetusjärjestelmässä ja ateroskleroosin kehittymisessä, mutta saadut tulokset ovat olleet ristiriitaisia. Väitöskirjatyön tavoitteena oli selvittää PLTP:n ja CETP:n toimintaa kolesterolin takaisinkuljetusjärjestelmässä.

Aineisto ja menetelmät

Tutkimuksessa selvitettiin makrofagien tuottaman PLTP:n toimintaa kolesterolin poistossa vaahtosoluista PLTP-poistogeenisten hiirten makrofagien avulla. Makrofagien tuottaman PLTP:n vaikutusta ateroskleroosin kehittymiseen tutkittiin luuydinsiirtotekniikan avulla. PLTP-poistogeenisten ja villityypin hiirten luuydintä siirrettiin vastaanottajahiiriin, joiden oman luuytimen toiminta oli estetty. THP-1-makrofagien avulla tutkittiin aktiivisen ja inaktiivisen PLTP:n osuutta kolesterolin poistossa vaahtosoluista. Työssä selvitettiin myös CETP:n kykyä suojata HDL-hiukkasia pilkkoutumiselta ja CETP:n vaikutusta HDL-hiukkasten toimintaan. Lisäksi tutkittiin matalan ja korkean HDL-pitoisuuden omaavien henkilöiden monosyytti-makrofagien toimintaa kolesterolin poistossa sekä heidän seerumiensa kykyä poistaa kolesterolia vaahtosoluista.

Tulokset

Väitöskirjatyössä havaittiin, että PLTP:n puuttuminen poistogeenisessä hiirimallissa vähensi kolesterolin poistumista vaahtosoluista. Tulokset osoittavat, että PLTP:n puuttuminen vaikutti kolesterolin poistoon ABCA1 (ATP-binding cassette transporter A1) -proteiinin välityksellä. Luuydinsiirtotekniikalla saadut tulokset osoittivat, että makrofageilla on keskeinen merkitys verenkierron PLTP-aktiivisuuden säätelyssä. PLTP:n puuttuminen makrofageista pienensi ateroskleroottisten leesioiden kokoa merkittävästi sekä aiheutti huomattavia muutoksia plasman lipoproteiinien pitoisuuksiin. THP-1-soluilla saadut tulokset osoittivat, että aktiivisen PLTP:n muodostamat pienet pre?-HDL-hiukkaset ja suurikokoiset HDL-hiukkaset toimivat kolesterolin vastaanottajina. Näiden tulosten perusteella voidaan todeta, että ABCA1-kuljetusproteiinin lisäksi myös toinen kuljetusproteiini, ABCG1, osallistuu kolesterolin poistoon vaahtosoluista. Myös CETP saattaa lisätä käänteistä kolesterolin kuljetusta, sillä CETP suojasi kiekkomaisten HDL-hiukkasten rakennetta proteaasien toiminnalta ja niiden kykyä poistaa kolesterolia vaahtosoluista. Lisäksi havaittiin, että korkean HDL-pitoisuuden omaavien henkilöiden seerumi poisti kolesterolia vaahtosoluista tehokkaammin kuin matalan HDL-pitoisuuden omaavien henkilöiden seerumi, mikä johtui todennäköisesti seerumien erilaisesta HDL-hiukkasten jakaumasta.

Johtopäätökset

Tämän väitöskirjatyön tulokset osoittavat, että sekä PLTP että CETP muokkaavat kolesterolin vastaanottajina toimivien HDL-hiukkasten rakennetta ja ominaisuuksia. PLTP:n toiminnan kannalta keskeistä on erottaa toisistaan PLTP:n systeemiset ja paikalliset vaikutukset. PLTP:n on osoitettu osallistuvan aterogeenisten VLDL (very low-density lipoprotein) -hiukkasten muodostukseen ja korkea systeeminen PLTP-aktiivisuus saattaa olla aterogeeninen. Sen sijaan PLTP:n paikalliset vaikutukset, kuten pre?-HDL- ja suurten HDL-hiukkasten muodostus, suojaavat ateroskleroosilta. Hiirimalleilla saatujen tulosten perusteella saadaan lisätietoa PLTP:n ja CETP:n toiminnasta kolesterolin takaisinkuljetusjärjestelmässä, mutta tulosten yleistys ihmisfysiologiaan tulee tehdä varoen. Ihmisillä verenkierron kolesteroli on pääasiallisesti LDL-hiukkasissa, kun taas hiirillä suurin osa kolesterolista on HDL-hiukkasissa. Hiirillä ei ole verenkierrossa CETP-proteiinia, mikä osaltaan vaikuttaa verenkierron lipoproteiinien jakaumaan. Ihmisillä ei ole havaittu PLTP:n puutosta, mutta CETP:n puutoksen esiintyminen ihmisillä on raportoitu. Kun PLTP:n ja CETP:n merkitys käänteisessä kolesterolin kuljetuksessa on selvitetty, voidaan näitä proteiineja käyttää lääketeollisuuden kohdemolekyyleinä kehitettäessä lääkkeitä verenkierron lipiditasojen säätelemiseksi. Tällä hetkellä muutamia molekyylejä CETP-aktiivisuuden inhiboimiseksi on lääkeainetutkimusten kliinisessä vaiheessa, kun taas yhtään PLTP-aktiivisuuteen vaikuttavaa lääkeainetta ei ole edennyt kliinisiin tutkimuksiin.

The role of lipid transfer proteins in reverse cholesterol transport

In atherosclerosis, cholesterol accumulates in the vessel wall, mainly in the form of modified low-density lipoprotein (LDL). High-density lipoprotein (HDL) protects against atherosclerosis, as HDL particles are able to remove cellular cholesterol and transport it to the liver for excretion in a process called reverse cholesterol transport (RCT). Phospholipid transfer protein (PLTP) and cholesteryl ester transfer protein (CETP) remodel HDL particles in the circulation. The aim of this thesis was to clarify the role of PLTP and CETP in RCT. The absence of PLTP in macrophages derived from PLTP-deficient mice decreased cholesterol efflux. The bone-marrow transplantation studies demonstrated that selective deficiency of PLTP in macrophages decreased the size of atherosclerotic lesions and caused major changes in serum lipoprotein distribution. It was further demonstrated that the active form of PLTP can enhance cholesterol efflux from macrophage foam cells through generation of pre?-HDL and large fused HDL particles. CETP may also enhance the RCT process. Moreover, serum from high-HDL subjects promoted more efficient cholesterol efflux from macrophage foam cells than did serum from low-HDL subjects. All the studies described in this thesis contribute to understanding of the PLTP/CETP-associated mechanisms underlying RCT.

OSAJULKAISUT

I Lee-Rueckert M*, Vikstedt R*, Metso J, Ehnholm C, Kovanen PT, Jauhiainen M. Absence of endogenous phospholipid transfer protein impairs ABCA1-dependent efflux of cholesterol from macrophage foam cells. J Lipid Res 2006; 47: 1725-32.

II Vikstedt R, Ye D, Metso J, Hildebrand RB, Van Berkel TJ, Ehnholm C, Jauhiainen M, Van Eck M. Macrophage phospholipid transfer protein contributes significantly to total plasma phospholipid transfer activity and its deficiency leads to diminished atherosclerotic lesion development. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2007; 27: 578-86.

III Vikstedt R, Metso J, Hakala J, Olkkonen VM, Ehnholm C, Jauhiainen M. Cholesterol efflux from macrophage foam cells is enhanced by active phospholipid transfer protein through generation of two types of acceptor particles. Biochemistry 2007; 46: 11979-86.

IV Lee-Rueckert M*, Vikstedt R*, Metso J, Jauhiainen M, Kovanen PT. Association of cholesteryl ester transfer protein with HDL particles reduces its proteolytic inactivation by mast cell chymase. J Lipid Res 2008; 49: 358-68.

V Nakanishi S*, Vikstedt R*, Söderlund S, Lee-Rueckert M, Hiukka A, Ehnholm C, Muilu M, Metso J, Naukkarinen J, Palotie L, Kovanen PT, Jauhiainen M, Taskinen MR. Serum, but not monocyte macrophage foam cells derived from low HDL-C subjects, displays reduced cholesterol efflux capacity. J Lipid Res 2009; 50: 183-92.

* tekijöiden työpanos yhtä suuri

Julkaisun pysyvä osoite: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-245-083-8