Effekter og metabolisme av ulike fettsyrer i humane skjelettmuskelceller i kultur

Abstract

Innledning: Det er en økt forekomst av type 2-diabetes (T2D) og fedme. Utviklingen ser ut til å være assosiert med mengde og type fett. Hos insulinresistente, T2D og overvektige er det ofte sett en nedgang i evne til å bytte fra lipid- til glukoseoksidasjon etter et måltid, og en dårligere evne til å øke fettsyreoksidasjonen ved økt fettsyretilgang. Et slikt redusert metabolsk skifte betegnes som metabolsk infleksibilitet. Det er vist en korrelasjon mellom metabolske parametere in vitro og metabolsk fleksibilitet in vivo. Det er også sett at ulike fettsyrer har ulike effekter på metabolisme. Vi ville på bakgrunn av dette undersøke hvordan ulike fettsyrer påvirket metabolsk fleksibilitet, se på om forskjellige fettsyrer ville metaboliseres ulikt og hvordan ulike fettsyrer ville påvirke hverandres metabolisme.

Metode: Forsøkene ble utført på differensierte humane skjelettmuskelceller. I de 24 siste timene av differensieringsperioden (dag 6 til 7) ble myotubene forbehandlet med fettsyrer. I forsøk med akutt eksponering for fettsyrer var fettsyre ± glukose tilstede i 4 timer. For å kunne følge metabolismen var noe av fettsyrene radioaktivmerket. Fettsyreopptak og metabolisme ble studert ved hjelp av ”scintillation proximity assay”, substratoksidasjons-assay, måling av syreløselige metabolitter, tynnsjiktkromatografi, mens fettsyreeffekter på gen- og proteinregulering ble utført ved hjelp av real-time PCR og immunblott.

Resultater / diskusjon: Eikosapentaensyre (EPA) førte til økt opptak, oksidasjon, lipolyse og reforestring av oljesyre (OA) og palmitinsyre (PA) sammenlignet med OA, PA og linolsyre (LA). Ved å se på fettsyrenes inkorporering i komplekse lipider viste det seg at OA ble inkorporert i en høyere grad enn PA. Andre forsøk indikerte at PA ble oksidert mer enn OA. Dette tyder på at OA har en økt tendens til å lagres i myotuber, mens PA har en raskere turnover og er mer tilgjengelig for oksidasjon. Evnen myotubene har til å undertrykke fettoksidasjon i nærvær av glukose (suppressibilitet) var også høyere for PA. Forbehandling med EPA førte til en økt adapterbarhet; en økt fettoksidasjon ved økt tilgjengelighet av fettsyre sammenlignet med etter forbehandling med PA, OA og LA. Forbehandling med OA og PA regulerte gener som påvirker desatureringsprosesser (SCD-1 og FADS2) og regulering av lipolyse (Perilipin 2 og 3), dette betyr at det skjer reguleringer ved tilstedeværelse av fettsyrer for å kompensere mot fettsyretilgjengeligheten.

Konklusjon: EPA-behandling forårsaket høyere akkumulering, oksidering, lipolyse og reforestring av radioaktiv OA og PA enn etter behandling med OA, PA eller LA. OA og PA regulerte gener involvert i desaturering (SCD-1 og FADS2) og i regulering av lipolyse (Perilipin 2 og Perilipin 3). Fettsyrene ble også metabolisert ulikt, PA hadde en høyere turnover og var mer tilgjengelig for oksidasjon enn OA som i en større grad gikk til lagring. Ulike fettsyrer metaboliseres ulikt i humane skjelettmuskelceller, og de påvirket også hverandres metabolisme. Med mer kunnskap om disse interaksjonene kan vi forhåpentligvis si mer om effekter av ulike diettsammensetninger med tanke på energimetabolisme og utvikling av insulinresistens i human skjelettmuskel.

Introduction: There is an increasing incidence of type 2 diabetes (T2D), and development of T2D and obesity are associated with amount and type of fat in the diet. In skeletal muscle of patients with insulin resistance and T2D, a decline in the ability to switch from predominantly lipid oxidation during fasting to increased glucose oxidation in response to insulin after a meal, and a lower ability to increase fatty acid oxidation by increased fatty acid-availability has been found. Such a reduced metabolic shift is known as metabolic inflexibility. In lean healthy individuals, skeletal muscle is characterized by metabolic flexibility. Parameters used in vitro to describe metabolic flexibility of muscle cells are suppressibility, the effect of acutely added glucose to suppress fatty acid oxidation, and adaptability, the capacity of the cells to increase fatty acid oxidation upon increased fatty acid availability. A correlation between metabolic parameters in vitro and metabolic flexibility in vivo has previous been demonstrated. We wanted to study whether various fatty acids had different impact on metabolic flexibility, and whether different fatty acids would show different metabolic properties.

Methods: The experiments were carried out with differentiated human skeletal muscle cells. Myotubes were pretreated with fatty acids for the last 24 hours of the differentiation period (day 6 to 7). In experiments with acute treatments, fatty acids with or without glucose were added for 4 hours. To monitor the metabolism, trace amounts of radio labeled fatty acids were added. The fatty acid uptake and metabolism was studied with scintillation proximity assay, measurement of acid soluble metabolites, substrate oxidation assay and by thin layer chromatography. Real-time PCR and immunoblotting were performed to see how treatment with fatty acids affected gene and protein expression.

Results / discussion: Results showed that treatment with EPA increased uptake, oxidation, lipolysis and re-esterification of oleic acid (OA) and palmitic acid (PA) compared to OA, PA linoleic acid (LA) treatment. OA was incorporated into complex lipids to a greater extent than PA, and PA was oxidized to a greater extent than OA. This suggests that OA has an increased tendency to be stored in the myotubes, whereas PA has a faster turnover and are more accessible to oxidation. The ability of the myotubes to suppress fat oxidation in the presence of glucose (suppressibility) was also higher for PA. Pretreatment with EPA increased the adaptability (the ability to increase fat oxidation by increased fatty acid availability) compared to pretreatment with PA, OA and LA. OA and PA were also shown to regulate genes that regulate fatty acid desaturation (SCD-1 and FADS2) and lipolysis (perilipin 2 and 3), indicating that in presence of fatty acids there is gene regulation compensating the increased fatty acid availability.

Conclusion: Treatment with EPA increased uptake, oxidation, lipolysis and re-esterification OA and PA compared to OA, PA linoleic acid (LA) treatment EPA affected the metabolism of other fatty acids. OA had a greater tendency to be stored, while PA was oxidized to a higher extent. OA and PA both regulated genes that regulate fatty acid desaturation and lipolysis affecting fatty acid metabolism. Different fatty acids were handled different in human skeletal muscle cells, and they also had different impact on each others metabolism. With more knowledge about these interactions we probably can say more about beneficial dietary fat composition with respect to energy metabolism and development of insulin resistance in human skeletal muscle.