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Abb. 1 Molekulare Mechanismen der dynamischen Veränderungen von Lipidtropfen und Chylomikronen

Abb. 1 Rolle der GTPase ARFRP1 für die Bildung von Chylomikronen im Darmepithel (A) Mäuse, in ... mehr

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Stand: 23.01.2018 16:52:23

Abteilung Experimentelle Diabetologie (DIAB)

Projekt 3 : Molekulare Mechanismen der dynamischen Veränderungen von Lipidtropfen und Chylomikronen

Magnus Hartmann, Deike Hesse-Wilting, Maria Rödiger

Lipidtropfen, die Triglyzeride und Cholesterinester beinhalten, stellen dynamische Zellorganellen dar. Eine gestörte Dynamik der Lipidtropfen ist mit der Pathophysiologie metabolischer Erkrankungen wie Adipositas, Diabetes, Atherosklerose und Fettleber assoziiert. Chylomikronen sind ebenfalls aus Triglyzeriden und Cholesterinestern bestehende Tropfen, die im Epithel des Dünndarms gebildet werden, um exogene (über die Nahrung aufgenommene) Lipide vom Darm zur Leber zu transportieren. Wir haben kürzlich zeigen können, dass zwei GTPasen (ARFRP und ARL1) und ihre nachgeschalteten Proteine am trans-Golgi-Apparat für die Lipidtropfen- und Chylomikronbildung eine Rolle spielen.

Das ADP-ribosylation-factor-related-protein 1 (ARFRP1) ist eine GTPase, die den Proteintransport zwischen intrazellulären Organellen reguliert. Wir haben gezeigt, dass Mäuse, denen ARFRP1 spezifisch im Fettgewebe fehlt, (Arfrp1ad-/-) lipodystroph sind, also kaum Lipide im weißen und braunen Fettgewebe speichern können. Dieser Defekt kommt offensichtlich dadurch zustande, dass die Fetttropfenbildung beeinträchtigt ist. Wir beobachteten, dass die Fetttropfen deutlich kleiner waren, wobei elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigten, dass kleine Lipid-beladene Vesikel nicht mit größeren Lipidtropfen fusionieren konnten. Dass ARFRP1 auch für die Bildung von Chylomikronen nötig ist, beobachteten wir während der Charakterisierung von Darm-spezifischen Arfrp1-Knockout-Mäusen (Arfrp1vil-/-). Diese zeigten aufgrund einer beeinträchtigten Fettabsorption eine massive Wachstumsretardierung. Die Analysen der verschiedenen Fraktionen, die aus dem Blutplasma der Kontroll- und Arfrp1vil-/--Mäuse gewonnen wurden, ergab, dass die Chylomikronpartikel der Knockout-Tiere deutlich weniger Triglyzeride enthielten (Abb. 1 A, B). Auch im Zellkulturmodell, den Caco-2-Zellen, zeigte sich nach Hemmung der Arfrp1-Expression eine verminderte Freisetzung von Triglyzeriden und bestätigte unsere Vermutung, dass ARFRP1 an der Lipidbeladung der Chylomikronpartikel im Golgi-Apparat beteiligt ist. VLDL (very low density lipoproteins) weisen einen ähnlichen Aufbau wie Chylomikronen auf und werden in der Leber gebildet und aus dieser in die Blutbahn transportiert. Wie erwartet zeigte die Leber-spezifische Arfrp1-Nullmutante eine verminderte Lipidbeladung der VLDL.

Aus früheren Arbeiten geht hervor, dass ARFRP1 die Rekrutierung einer verwandten GTPase, der ARF-like 1 (ARL1), und seiner Effektoren (z. B. Golgin-245) an die Golgimembranen kontrolliert. Golgin-Proteine wiederum binden spezifische Rab-GTPasen (z. B. Rab2, RAB steht für: Ras [= Rat sarcoma]- related in brain), die vesikuläre Transportprozesse regulieren. Während Rab2 im intestinalen Epithel von Kontrolltieren hauptsächlich im Zytoplasma vorlag, wiesen wir es in Enterozyten der Arfrp1vil-/--Mäuse an Membranen des Golgi-Apparates nach. Wir vermuten, dass bei Verlust von Arfrp1 die ARL1- Golgin-Rab2-Kaskade gestört ist; wenn ARL1 und Golgin-245 in Abwesenheit von ARFRP1 im Zytoplasma und nicht an Golgi-Membranen lokalisiert sind, kann Rab2 nicht von diesen entlassen werden, offensichtlich ein Prozess, der für eine finale Lipidbeladung der Chylomikronen und VLDL-Partikel im Golgi-Apparat benötigt wird (Abb. 1 C).

In zukünftigen Arbeiten werden wir Mausmodelle entwickeln, in denen ARFRP1 im Fettgewebe zu späteren Zeitpunkten ausgeschaltet wird. Wir gehen davon aus, dass es als Folge zu ektopen Fettspeicherungen in Leber und Muskel kommt und werden die Pathomechanismen untersuchen, die die Insulinsensitivität in diesen Geweben beeinflussen. Des Weiteren werden wir die Expression von ARFRP1 und seinen nachgeschalteten Proteinen in verschiedenen Fett-, Darm- und Leberzellen modulieren und die Fetttropfenbildung untersuchen.

© 2018 DIfE - Deutsches Institut für Ernährungsforschung. Alle Rechte vorbehalten. // Stand 20.07.2017