Lipoliza este definit ca calea biochimică responsabilă de hidroliza triacilglicerolilor (TAG) sau a trigliceridelor în acizi grași neesterificați (NEFA) și glicerol. Enzimele implicate sunt numite lipaze.
Această cale este esențială deoarece triacilglicerolii în forma lor nehidrolizată nu pot intra în celule, așa cum a demonstrat-o prima dată Whitehead în 1909 și nici nu pot ieși.
Și la vertebrate există trei procese, enumerate mai jos, în care lipoliza este necesară pentru absorbția sau eliberarea normală a acizilor grași și glicerol din celule și, prin urmare, pentru lipidele și homeostazia energetică.

calea

  • Lipoliza gastrointestinalăs este responsabil pentru catabolism și absorbția ulterioară a triacilglicerolilor din dietă. Enzimele implicate sunt lipazele linguale, gastrice și pancreatice și proteinele legate de lipaza pancreatică 1 și 2 (PLRP1 și PLRP2).
  • Lipoliza vasculară mediază hidroliza triacilglicerolilor asociați lipoproteinelor în patul capilar. Enzimele implicate sunt lipoprotein lipaza (LPL) și lipaza hepatică.
  • Lipoliza intracelulară este responsabil de hidroliza triacilglicerolilor depozitați în picăturile de lipide intracelulare.
    Implică lipaze neutre și acide.

lipazele acide au un pH optim între 4 și 5.
Acestea sunt cele mai importante acide triacilglicerol hidrolaza din lizozomi și pot hidroliza și esterii colesterolului. Se crede că aceste enzime acționează în primul rând asupra lipidelor asociate lipoproteinelor, urmând endocitoza lor mediată de receptor și sortând în lizozomi. Cu toate acestea, acțiunea lor este asociată și cu macroautofagia, o cale lizozomală care catabolizează incluziunile citoplasmatice, cum ar fi agregatele de proteine ​​pliate greșit, precum și organele deteriorate și inutile, eliberând în citosol produsele de hidroliză.

Citosolicul lipaze neutre, cu un pH optim în jur de 7.
Ei includ:

triglicerid lipazic adipos (ATGL);
lipază sensibilă la hormoni (HSL, CE 3.1.1.79);
monoacilglicerol lipaza (MGL).

În restul acestui articol, vom analiza lipoliza intracelulară prin lipaza neutră menționată anterior și reglarea sa hormonală și non-hormonală, cu o atenție deosebită asupra țesutului adipos alb.

ATGL, HSL, MGL și lipoliză

Acizii grași depuși în țesutul adipos alb sub formă de triacilgliceroli reprezintă cel mai mare depozit de energie în eucariote superioare. Când crește cererea de energie, cum ar fi în timpul activității fizice intense și prelungite, apare hidroliza triacilglicerolului și acizii grași sunt eliberați în sânge.

În țesutul adipos acțiunea secvențială a acestor trei enzime duce la hidroliza completă a triacilglicerolilor. În acest proces, atât in vivo cât și în adipocite cultivate, ATGL și HSL reprezintă mai mult de 90% din activitatea lipolitică.

Triglicerid lipazic adipos

Triacilglicerol + H20 → Diacilglicerol + Acizi grași

ATGL hidrolizează preferențial legăturile ester sn-2, dar ca o consecință a interacțiunii cu CGI-58 (vezi mai jos), selectivitatea sa se extinde la legătura sn-1.

Prin urmare, ATGL are un rol central în metabolism, după cum sugerează și studiile efectuate pe șoareci mutanți la post lipsiți de enzimă, în care lipsa acizilor grași neesterificați determină un consum ridicat de glucoză în scopuri energetice; iar hipoglicemia, hipometabolismul și hipotermia apar la post mai mult de 6 ore.
Comparativ cu activitatea față de triacilgliceroli, enzima prezintă o activitate catalitică minoră sau deloc față de monoacilgliceroli (MAG) sau monogliceride, diacilgliceroli, esteri ai colesterolului și esteri ai retinolului.
Activitatea enzimatică este supusă reglării prin interacțiunea cu proteine ​​activatoare sau inhibitoare, dintre care unele sunt localizate pe picături de lipide și descrise mai jos.

CGI-58

La fel ca lipaza pancreatică și LPL, care sunt mult mai active în prezența coactivatorilor de proteine, activitatea catalitică ATGL este crescută de activator protein protein comparative identification-58 (CGI-58), care, prin urmare, stimulează prima etapă a lipolizei intracelulare.
Este o proteină foarte conservată printre speciile codificate la om de o genă de pe cromozomul 3p21. Interacționează cu domeniul patatin al ATGL; stimularea maximă are loc la concentrații aproximativ echimolare ale celor două proteine.
Importanța acțiunii sale stimulatoare este subliniată de faptul că deficiența sau funcționarea defectuoasă a acestuia duce la o acumulare sistemică severă de triacilgliceroli atât la bărbați, cât și la șoareci.
CGI-58 este reglementat în principal de interacțiunea sa cu perilipin-1 (vezi mai jos), o proteină care acoperă picăturile de lipide.
CGI-58, cel puțin in vitro, acționează și ca acilglicerol-3-fosfat aciltransferază dependent de acil-CoA.

Este un inhibitor al ATGL, identificat inițial în celulele mononucleare din sânge, unde acționează la tranziția G0 la G1 a ciclului celular și, prin urmare, se numește G0G1 switch protein 2 (G0S2).
La om, aceasta este codificată de o genă de pe cromozomul 1q32.2.
Este prezent în multe țesuturi, cu cele mai ridicate niveluri în țesutul adipos și ficat, urmat de ovar, mușchi și rinichi. Se găsește în diferite compartimente celulare, cum ar fi citoplasma, mitocondriile, reticulul endoplasmatic și picăturile de lipide. Aceste locații celulare diferite pot reflecta diferitele funcții pe care le îndeplinește proteina, cum ar fi reglarea:

  • lipoliza;
  • ciclul celulei;
  • posibil apoptoza, prin capacitatea sa de a interacționa cu Bcl2, un factor antiapoptotic mitocondrial.

G0S2, la fel ca CGI-58, interacționează cu domeniul patatin al ATGL și, cel puțin in vitro, legarea picăturilor lipidice și inhibarea enzimei depind de interacțiunea fizică dintre regiunea N-terminală a G0S2 și domeniul patatin al enzimei. Cu toate acestea, nu pare că această interacțiune concurează direct cu legarea activatorului CGI-58.

O altă proteină implicată în reglarea activității ATGL pare să fie factor derivat din epiteliu pigmentar (PEDF), care induce hidroliza triacilglicerolilor în țesutul adipos, ficat și mușchi prin activitatea lipazei. Este o proteină larg exprimată, aparținând familiei Serpin neinhibitoare și cu un spectru larg de activități, cum ar fi efecte antiinflamatorii, antioxidante, neuroprotectoare, antitumorigenice și antiangiogene. Proteina se leagă de enzimă și o activează. Activitatea sa poate fi implicată în dezvoltarea steatozei hepatice și patogeneza rezistenței la insulină.

În cele din urmă, se pare că este necesară livrarea ATGL către picăturile de lipide transport vezicular. De fapt, translocarea sa către picăturile lipidice este blocată în absența Sar1, ARF1 sau GBF1, care sunt componente proteice ale mașinilor de transport; iar enzima rămâne asociată cu reticulul endoplasmatic, din care se crede că picăturile lipidice.

Lipază sensibilă la hormoni

La începutul anilor șaizeci ai secolului trecut s-a observat că activitatea lipolitică în țesutul adipos a fost indusă de hormoni. Și în 1964, ambele lipaza sensibila la hormoni și monoacilglicerol lipaza țesutului adipos au fost izolate și caracterizate.
A fost imediat clar că HSL a fost mai eficient ca diacilglicerol hidrolază decât triacilglicerol hidrolază, in vitro cu un factor de 10 ori. În ciuda acestui fapt, sa presupus că HLS a fost enzima care limitează rata în catabolismul triacilglicerolilor din adipos și multe alte țesuturi. Mulți ani mai târziu, în 2000, s-a observat totuși că șoarecii cu deficit de enzime nu prezentau semne de acumulare a triacilglicerolului în adipos și în alte țesuturi, în timp ce aceștia acumulau cantități mari de diacilgliceroli în multe țesuturi. Acest lucru a sugerat că HLS a fost mai important ca diacilglicerol hidrolaza decât ca triacilglicerol hidrolaze, care este acum acceptată în mod obișnuit.

Diacilgliceroli + H20 → Monoacilgliceroli + Acizi grași

Cu toate acestea, este o enzimă multifuncțională capabilă să hidrolizeze, pe lângă diacilglicerolii în care are o preferință stereo pentru legăturile ester sn-3 și triacilglicerolii, în care hidrolizează preferențial legăturile ester sn-1 (vezi Fig. 2), de asemenea, legăturile esterice ale altor lipide, cum ar fi monoacilglicerolii, esterii retinilici și esterii colesterilici.
HSL este codificat de o genă pe cromozomul 19q13.2; splicingul alternativ duce la variații semnificative în regiunea 5 ′ a transcrierilor și, prin urmare, mARN-uri specifice țesuturilor și proteine ​​de diferite dimensiuni.
Profilul de expresie enzimatică este în esență similar cu cel al ATGL. Cea mai mare abundență de ARNm și proteine ​​se găsește în țesutul adipos alb și maro; în multe alte țesuturi și celule, inclusiv mușchi, celule β pancreatice, celule steroidogene și macrofage, expresia genei HSL este scăzută.
Spre deosebire de lipaza trigliceridului adipos, care are enzime ortoloage în toate eucariotele, lipaza hormonală este mai puțin omniprezentă; de exemplu, nu se cunosc proteine ​​ortoloage la păsări, la D. melanogaster, C. elegans și S. cerevisiae.
În cele din urmă, spre deosebire de ATGL, nu au fost observate mutații ale genei HSL la om.
În structura proteinei au fost identificate trei regiuni funcționale:

  • un domeniu N-terminal, despre care se crede că mediază dimerizarea enzimei, legarea lipidelor și interacțiunea cu FABP4, o proteină care crește activitatea catalitică HSL;
  • un domeniu C-terminal, care adăpostește un pliu structural comun multor esteraze și lipaze, numit pliu α/β hidrolază; conține triada catalitică clasică a hidrolazei umane, Ser424, Asp693 și His72, adică situl activ;
  • a treia regiune este modulul de reglementare al HSL; este situat în domeniul catalitic și conține cel puțin cinci situri de fosforilare, pe tot atâtea reziduuri de serină, dintre care două, Ser650 și Ser663, par a fi deosebit de importante pentru activitatea sa.

Monoacilglicerol lipaza

Proteina este considerată a fi enzimă care limitează rata pentru catabolismul monoacilglicerolilor derivați din hidroliza:

  • triacilglicerolii lipoproteinelor plasmatice de lipoprotein lipaza;
  • triacilglicerol intracelular prin ATGL și HSL;
  • fosfolipide intracelulare de fosfolipaza C și diglicerid lipaza α și β.

Monoacilgliceroli + H20 → Acizi grași + Gliceroli

La om, enzima este codificată de o genă de pe cromozomul 3q21.3 și este exprimată omniprezent, cu cea mai mare expresie în țesutul adipos; cu toate acestea, niveluri ridicate de expresie se găsesc și în hepatocite și celule musculare.
Enzima este localizată pe picăturile de lipide, membranele celulare și în citoplasmă.
Importanța MGL în descompunerea monoacilglicerolilor a fost confirmată de studii efectuate pe șoareci mutanți: lipsa sa de lipoliză afectează și este asociată cu creșteri similare ale nivelului de monoacilgliceroli în țesuturile adipoase și ne-adipoase.
Alte enzime cu activități de monoacilglicerol hidrolază sunt HSL și ABHD6.
Proteina împărtășește omologie cu lizofosfolipazele, esterazele și haloperoxidazele.
Se pare că nici concentrația ARNm, nici activitatea catalitică nu sunt reglate de hormoni sau de încărcarea energiei celulare.

Reglarea hormonală a lipolizei în țesutul adipos alb

În țesutul adipos alb, hidroliza triacilglicerolului pe suprafața picăturilor lipidice este reglementată în principal post-translațional prin fosforilări, interacțiuni proteină-proteină și translocații ale proteinelor participante.

Stimularea β-adrenergică

Adrenalină și glucagon, ca rezultat al legării la receptorii β-adrenergici specifici de pe adipocite, se activează ATGL și HSL, care hidrolizează triacilglicerolii în mod coordonat.
Un rol central în procesul care duce la activarea enzimei este îndeplinit de perilipin-1, o proteină asociată cu picături lipidice găsită numai în celule care pot fi stimulate β-adrenergic. Ca urmare a acestei stimulări, perilipin-1 este fosforilat pe șase reziduuri de serină de protein kinaza A (PKA).

Inhibarea insulinei

Insulină mediază dezactivarea lipolizei acționând la nivel transcripțional, asupra activității ATGL și HSL și prin sistemul nervos simpatic.

  • Hormonul provoacă reglarea transcripțională a expresiei genelor ATGL și HSL.
  • Induce fosforilarea și activarea izoformelor fosfodiesterazei de către PKB/AKT, hidroliza AMPc de către aceste fosfodiesteraze, inactivarea consecventă a PKA și apoi prevenirea fosforilării perilipin-1 și HSL.
  • Insulina inhibă, de asemenea, lipoliza printr-un mecanism central care implică sistemul nervos simpatic. De fapt, nivelurile crescute de hormoni din creier inhibă fosforilarea perilipinei-1 și HSL.

Mai mult, insulina stimulează, de asemenea, expresia G0G2.

Reglarea non-hormonală a lipolizei în țesutul adipos alb

Factorii non-hormonali pot juca, de asemenea, un rol în reglarea hidrolizei triacilglicerolului.

  • Lucrări recente au arătat un efect inhibitor al acil-CoA cu lanț lung, cum ar fi palmitoil-CoA și oleoil-CoA, asupra activității ATGL.
    Notă: acidul palmitic și acidul oleic sunt doi acizi grași foarte abundenți în țesutul adipos alb.
    În mod similar cu ceea ce este descris pentru HSL, acil-CoA cu lanț lung acționează ca inhibitori necompetitivi (vezi Fig. 3). Această inhibiție poate fi un mecanism de feedback eficient pentru controlul hidrolizei triacilglicerolului și protecția celulelor de concentrațiile lipotoxice ale moleculelor precum diacilglicerol, acil-CoAs și ceramide.
  • Proteina care interacționează cu receptorul 140 (RIP-140), ca urmare a creșterii conținutului de lipide celulare, induce lipoliza prin legarea de perilipin-1 pe picăturile de lipide. Datorită acestei interacțiuni, perilipin-1 recrutează mai eficient HSL în picături de lipide și îmbunătățește formarea complexă între ATGL și activatorul său CGI-58.

Lipoliza mediată de ATGL în țesuturile neadipose