Mangel på PLIN2 i myotuber fra mus gir redusert evne til lagring av lipider og økt lipidoksidasjon : Økt lipidmetabolisme fører til redusert evne til å ta opp og oksidere glukose i skjelettmuskel

Abstract

Innledning: Type 2 diabetes (T2D) og metabolsk syndrom er sykdommer som er i kraftig vekst i befolkningen, og som er relatert til fedme og insulinresistens. Økt mengde lipider i skjelettmuskel som IMCL er assosiert med økt insulinresistens, men mye tyder på at det er lipidintermediater som acyl-CoA, diacylglyserol (DAG) og ceramider som påvirker insulinsensitiviteten mest. Det er vist økt IMCL i godt trente utholdenhetsutøvere som ikke er insulinresistente. Dette paradokset har ført til teorier om at pakking av lipider i IMCL faktisk kan beskytte cellen. Frie fettsyrer (FFA) som tas opp i cellen går enten til energiproduksjon ved oksidasjon i mitokondriene, eller lagres som triglyserider (TAG) i lipiddråper (LD). LD befinner seg i cellens cytosol, og består av en lipofil kjerne av nøytrale lipider (hovedsakelig TAG), omkranset av fosfolipider og lipiddråpeassosierte proteiner. De lipiddråpeassosierte proteinene (perilipiner, PLINs) er med på å regulere lipiddråpene, og i skjelettmuskel er PLIN2 proteinet det som er høyest uttrykt. Det er enda uklart hvilken rolle PLIN2 spiller i regulering av energimetabolismen i skjelettmuskel. En teori går på at PLIN2 hemmer lipolyse av TAG ved å hindre kontakt mellom lipaser og LD. Det er vist at PLIN2 er viktig for lagring av FFA i lipiddråper, og økt mengde PLIN2 har blitt assosiert med økt insulinsensitivitet.

Metode: Satelittceller fra PLIN2-WT og PLIN2-KO mus ble dyrket og differensiert til myotuber over 4 dager. Det ble utført substratoksidasjonsforsøk over 4 timer ved tilsetning av 14C-oljesyre (OA) eller 14C-glukose, samt forbehandling med 14C-OA over 24 timer eller PPARδ agonisten GW501516 over 2 dager og akuttbehandling med mitokondriell frikobler (FCCP), OA eller glukose, for å undersøke forskjeller i effekten av disse mellom PLIN2-WT og PLIN2-KO myotuber. Akkumulering av OA over 24 timer samt lipolyse av OA over 6 timer ble målt med «scintillation proximity assay» (SPA). Lagring i LD ble undersøkt ved live cell imaging etter 24 timers forbehandling med OA. Mengde syreløselige metabolitter (ASM) i mediet etter behandling med OA ble også målt. Det ble gjennomført bestemmelse av totallipid (lipidfiltrering) på myotubene etter SPA forsøk, for å undersøke akkumulert mengde nøytrale lipider. mRNA uttrykk ved qPCR ble utført for å undersøke uttrykk av PLIN2 og noen gener som er viktige for energimetabolismen.

Resultater: Det ble funnet økt oljesyreoksidasjon i PLIN2-KO myotuber sammenlignet med PLIN2-WT myotuber, da både fullstendig oksidasjon til CO2 og ufullstendig oksidasjon (β-oksidasjon) til syreløselige metabolitter (ASM) var økt. Lagring av FFA i LD etter 24 timers forbehandling var redusert i PLIN2-KO myotuber, som hadde færre LD per kjerne sammenlignet med PLIN2-WT myotuber. OA ble over tid akkumulert i cellene i lavere grad i PLIN2-KO myotuber, med signifikant forskjell mellom donorgruppene ved 24-timerspunktet. Også lipidmåling viste redusert mengde nøytrale lipider i PLIN2-KO myotuber sammenlignet med PLIN2-WT myotuber etter langtidsakkumulering. Det ble ikke funnet noen forskjeller i lipolyse mellom donorgruppene når denne ble relatert til mengde OA som var akkumulert i cellene ved start av lipolyseforsøkene. Både oksidasjon og opptak av glukose var lavere i PLIN2-KO myotuber enn i PLIN2-WT myotuber. Oksidasjonen og opptaket av OA økte ved aktivering av PPARδ ved forbehandling av cellene med GW501516, og tilsetning av FCCP akutt viste at PLIN2-KO myotuber hadde en høyere maksimal oksidativ kapasitet enn PLIN2-WT myotuber. Genekspresjonsstudier viste tydelig redusert mRNA-uttrykk av DGAT2, CPT1b, CYC1 og PGC1α i PLIN2-KO myotuber.

Diskusjon/konklusjon: Resultatene indikerer at mangel på PLIN2 proteinet i myotuber fører til redusert evne til å lagre FFA i myotubene som TAG i LD. Forskjellene var tydeligst etter lengre tids inkubering med OA. FFA som ikke blir lagret i PLIN2-KO myotubene går til oksidasjon i mitokondriene, og oksidasjonen var økt i PLIN2-KO myotuber sammenlignet med PLIN2-WT myotuber. Den økte oksidasjonen av OA går på bekostning av glukosemetabolismen, og det var lavere opptak, akkumulering og oksidasjon av glukose i PLIN2-KO myotuber sammenlignet med PLIN2-WT myotuber. Mangel på PLIN2 påvirket også mRNA-uttrykket av flere gener som spiller en rolle i blant annet lipidopptak, mitokondriell funksjon/oksidasjon av OA, samt syntese av TAG.