Kolin transzport foszfolipid szintézishez: A kolin transzporterszerű fehérje 1 feltörekvő szerepe

Cikk információk

Absztrakt

Ez az áttekintés összefoglalja a kolin transzportjának legújabb felfedezéseit és az azt közvetítő fehérjéket, különös tekintettel a kolin transzporterszerű fehérjékre (CTL)/44A oldott hordozókra (SLC44A) és azok foszfolipid anyagcserében betöltött szerepére. A kezdeti klónozás óta, különösen a CTL1/SLC44A1 transzportert tovább vizsgálták, és mindenütt jelenlévő expresszióját egér, patkány és emberi eredetű különféle sejtekben és szövetekben jellemezték. Leírjuk ennek a kolin transzporternek a plazma membránban és a mitokondriumban betöltött szerepét, és összefoglaljuk a kolin transzport szabályozásának új szempontjait az izomban, az idegrendszerben és a rákban.

Hatásnyilatkozat

Ez az áttekintés összefoglalja a kolinszállítás kutatásának legújabb fejleményeit, és kiemeli a terület fontos új fókuszterületeit.

Bevezetés és cél

Ben megjelent áttekintésünkben EBM2006-ban 1 felvázoltuk a kolin mint tápanyag fontosságát, amely döntő jelentőségű a membrán építőköveinek foszfatidilkolin és szfingomielin szintézise szempontjából, valamint mint metilcsoport donor a homocisztein-metionin ciklusban. Felülvizsgálatunk röviddel a mindenütt jelenlévő kolin transzporter oldott hordozó 44A1 (SLC44A1)/kolin transzporter szerű fehérje (CTL1) kezdeti klónozása után következett. Ennek a felülvizsgálatnak az a célja, hogy naprakész tájékoztatást nyújtson a kolintranszport-kutatásról azóta, különös tekintettel az azt közvetítő fehérjékkel kapcsolatos felfedezésekre.

A kolin jelentősége

A kolint az emberi test nem tudja szintetizálni, ezért elengedhetetlen tápanyag. Megfelelő napi kolin bevitel ajánlott: 550 mg/nap férfiaknál és 425 mg/nap nőknél az Orvostudományi Intézet, és 400 mg/nap minden felnőttnél az Európai Élelmiszerbiztonsági Hatóság. Ezeknek az ajánlásoknak gyakran nem tesznek eleget, a napi bevitel világszerte 284 mg/468 mg/nap férfiaknál és 263 mg/nap 374 mg/nap nőknél. 2 A 2013 és 2014 közötti Országos Egészségügyi és Táplálkozási Vizsgálat adatai szintén észlelték az észak-amerikai férfiak (402 mg) és a nők (278 mg) ajánlottnál alacsonyabb kolin bevitelét, 3 és egy kanadai élelmiszer-kérdőív hasonló szintet mutatott ki a kanadai férfiak esetében (372 mg/nap) és nők (292 mg/nap). 4 Európában a kolinbevitel 269 és 468 mg/nap között változott felnőtteknél, ahogy azt hét európai ország nemzeti élelmiszerpanelje meghatározta. 5 Úgy tűnik, hogy a terhes és szoptató nők gyakran nem felelnek meg az ajánlásoknak, ami fontos, mivel a megfelelő kolinbevitel megakadályozhatja az idegcső hibáit és a preeclampsia kialakulását ebben a populációs csoportban, és különösen fontos a szoptatott újszülött növekedése és fejlődése szempontjából.

Ha a kolinellátás hiányos, az étkezési zsírok felhalmozódnak a májban, alkoholmentes steatohepatitist okozva a foszfolipidek hiánya miatt, amelyek a lipoproteinek építőkövei. Ezt a kolinhiányból eredő májbetegséget széles körben jellemezték állatmodellekben és humán személyekben. Molekuláris szinten a kolinhiány DNS szálszakadásokat okoz, 10 ami a metilcsoportok hiánya, a mitokondriális membrán összetételének megváltozása és ezáltal a reaktív oxigénfajok szivárgása miatt bekövetkező károsodott DNS-metilációnak és a timidilátszintézis csökkenésének következménye. a folát hiánya. 11.

Az SLC44A fehérjék kolin transzporter családja

Töltött molekulaként a kolin nem tud szabadon átjutni a membrán lipid kettős rétegén, és a fehérjeszállítóktól függ, hogy bejut-e a sejtbe. Három különböző kolinszállító rendszert azonosítottak (1. ábra). A nagy affinitású CHT1 kolin transzporter szerkezetileg szoros kapcsolatban áll az SGLT-nátrium glükóz kotranszporter családdal, és közvetíti a Na + -függő kolin transzportot a neuron szövetekben a plazmamembránon. Ennek a transzportnak a célja az, hogy kolint biztosítson az acetilkolin neurotranszmitter szintéziséhez. A kolint az organikus kationszállító (OCT) család OCT1 és OCT2 tagjai alacsony affinitással is szállíthatják. Ezeknek a polispecifikus transzportfehérjéknek magas a mikromoláris tartományban kötődési affinitásuk van a kolinhoz, és a kolin transzportjának membránpotenciáljától függenek.

1. ábra Kolinszállítók a betain, az acetilkolin és a foszfolipid szintéziséhez. A CTL-ek (SLC44A1 és -2) és az OCT-k széles körben expresszálódnak, míg a kolin CHT1 transzporterek neuron-specifikusak. A javasolt, de nem megerősített funkciókat jelezzük (?). CDP: citidin-difoszfát; CDP-kolin: citidildifoszfokolin; CHT1: kolin transzporter CHT1 neuron-specifikus; TOT: szerves kationtranszporter; SLC44A: oldott hordozók 44 A.

Az SLC44A családot csak az utóbbi években jellemezték, és öt fehérjét tartalmaz, amelyeket SLC44A1-től SLC44A5-nek neveznek, amelyek mindegyike körülbelül 70 kDa fehérje. A szekvenciahomológia alapján az SLC44A1 és az SLC44A3 alkot egy alcsoportot, míg az SLC44A2, az SLC44A4 és az SLC44A5 megosztja egymás között a szekvencia azonosságát. 12 Ezek közül a fehérjék közül csak az SLC44A1-et sikerült szilárdan megalapozni kolin transzporterként (1. ábra), néhány adat azonban azt jelzi, hogy az SLC44A2 kolint is szállíthat. Úgy tűnik, hogy a 13,14 SLC44A4 részt vesz a nem neuronális acetilkolin szintézisben. 15 Az SLC44A3 és A5 funkciója a mai napig tisztázatlan. Az elmúlt években különösen az SLC44A1-et tanulmányozták tovább.

2. ábra: CTL1 fehérje szerkezete. A CTL1 membrán topológiája és jellemzői magasan konzervatívnak bizonyultak a különböző fajok és az SLC44A család körében. SLC44A: oldott hordozók 44 A.

A kolinfelvételi vizsgálatok a CTL1/SLC44A1-et Na + -független kolin transzporterként igazolták a különféle sejtek és szövetek plazmamembránján. A CTL1/SLC44A1 által közvetített 18,23,24 kolintranszport mind a foszfolipid, mind a betain szintéziséhez kapcsolódik, de közvetítheti a kolin transzportját a 25–27 nem neuronális acetilkolin szintézis során is (1. ábra). A CTL1/SLC44A1 közepes affinitással rendelkezik a kolin iránt, Kmin értéke pedig alacsony mikromoláris tartományban van. A nagy affinitású CHT1 kolin transzporterhez hasonlóan a CTL1-et szelektíven gátolja a kolin analóg hemicholinium-3 (CH-3), mégis sokkal alacsonyabb érzékenységgel. Az elmúlt években további kolinfelvételi vizsgálatok megerősítették a CTL1/SLC44A1 expresszióját és kolin transzporter funkcióját humán tüdő alveoláris sejtekben, 28 egér csontvelő eredetű makrofágban, 42 patkány vese tubulus hámsejtben, 30 humán keratinocitában, 31 emberi agy mikrovaszkuláris endothel sejtben, 14 rheumatoid arthritis szinoviális fibroblaszt, 40 egérizom- és májsejtvonal, 32,33 és számos rákos sejtvonal 26,28,34 –39,41 az 1. táblázatban összefoglalva.

1. táblázat: A kolin felvételét felmérő tanulmányok az SLC44A1 mint fő kolin transzporter sejtekben.

1. táblázat: A kolinfelvétel értékelése olyan sejtekben, amelyekben az SLC44A1 a fő kolin transzporter.

Mitokondriális kolinszállítók

A kolin új jelentősége az izomban

Nemrégiben megállapítottuk, hogy az izom-kolin transzportját zsírsavak szabályozzák, ami összefüggést mutat a glicerolipid anyagcseréje és a kolin elérhetősége között. 46 Ebben a vizsgálatban az egér myocsőjeinek palmitinsavval történő kezelése csökkentette az összes SLC44A1 fehérjetartalmat és az SLC44A1 értéket a plazmamembránon, míg ezt az SLC44A1 frakciót az olajsav kezelés nem befolyásolta. Viszont az olajsav csökkentette az SLC44A1 fehérje mennyiségét a mitokondriális membránban, míg a palmitinsav kezelés nem volt hatással erre a frakcióra. Következésképpen a palmitinsav 50% -kal csökkentette a kolinfelvételt a plazmamembránon.

A tanulmányban résztvevők egy kolinszegény diétát fogyasztó résztvevője nemrégiben izomkárosodást, nem pedig májkárosodást mutatott be egy nemrégiben végzett tanulmányban, 22 amely tovább alátámasztja azt az elképzelést, hogy a funkcionális kolin-anyagcsere döntő fontosságú a vázizom normális működéséhez. Érdekes módon összefüggés állt fenn az izomdiszfunkció és az SLC44A1 kolinszállító fehérje polimorfizmusai között, amely a vázizomzatban 18 bőséges és számos myopathiában fel van szabályozva. 47 Azokban az egerekben, amelyekből hiányzik a CTP egy allélja: foszfoetanol-amin-citidilil-transzferáz (Pcyt2 +/− egerek), a kolinpótlás képes volt helyreállítani a lipid anyagcserét, ezért enyhítette ezen egerek vázizomzatában a glükóz metabolizmusának zavarait. 48 A kolin csökkentette a triglicerid felhalmozódást azáltal, hogy csökkentette ezeknek az egereknek a zsírsavszintézist és a lipogenezist, fokozta a zsírsav oxidációt és javította az inzulin jelátvitelt. Összefoglalva, ezek a legfrissebb adatok azt mutatják, hogy a kolin nemcsak a máj lipidanyagcseréje szempontjából fontos, hanem hogy a kolinhiány megváltoztathatja a foszfatidilkolin anyagcserét és következésképpen az izomsejtekben a glicerin minden anyagcseréjét.

A foszfolipid szintézis mellett a CTL1/SLC44A1 és a CTL2/SLC44A2 közvetítheti a kolin transzportját a nem neuronális kolinerg rendszereknél, mivel a közelmúltban mindkét fehérjéről kiderült, hogy ezek a fő kolin transzporterek a csípőízület szinoviuma és porcjának makrofágjaiban és fibroblasztjaiban. ízületi gyulladásban szenvedő betegek. 49 Úgy tűnik, hogy a reumás ízületi gyulladás kapcsolódik a kolinerg gyulladáscsökkentő rendszerhez, és a csípőízület kolinszállítói közvetítik a kolin transzportot az acetilkolin szintézisében.

A funkcionális kolin transzport fontosságát a fibroblasztokban tovább elhárította a POTS-ben szenvedő és a látszólagos kolinhiányos beteg bőrfibroblasztjainak elemzése. Ezekben a sejtekben csökkent a CTL1/SLC44A1 expressziója, és ezért csökkent a kolin transzport. A fibroblasztokban megzavarták a membrán homeosztázisát, ezt tükrözi a redukált foszfatidilkolin: foszfatidiletanolamin és szfingomielin: koleszterin arány és a megváltozott foszfolipid zsírsavösszetétel. Ez a tanulmány bemutatta a csökkent CTL1/SLC44A1 expresszió első ismert esetét egy betegben és az ebből eredő mitokondriális diszfunkciót, csökkent kolin transzportot és károsodott membrán homeosztázist.

Kapcsolat a CTL1/SLC44A1 és a rák között

A CTL1/SLC44A1 feltörekvő szerepe az idegrendszerben

A kolin fontossága az agy megfelelő foszfolipidellátása szempontjából tükröződik a kolinbevitel kognitív előnyeiben. Az Alzheimer-kórban szenvedő betegek agyában csökkent a foszfatidilkolin és a foszfatidil-etanolamin szintje, és megemelkedett a metabolitjaik, a glicerofoszfokolin és a glicerofoszfoetanolamin szintje. 53 Ráadásul további foszfatidilkolin szintetizálható a foszfatidil-etanol-amin metilezésével a foszfatidil-etanol-amin-N-metil-transzferáz (PEMT) enzimmel. Ez az enzim elsősorban a májban fejeződik ki, de az agyban van PEMT-aktivitás is, amely a perinatális periódusban a legmagasabb. Ennek a reakciónak a metilcsoportjai az S-adenozil-metioninból (SAM) származnak, amely a homocisztein metioninná történő metilezésével, majd a metionin adenilezésével keletkezik, hogy SAM-ot képezzen. A metiltetrahidrofolát és a betain metilcsoportokat biztosíthat ehhez az útvonalhoz. Ezért az agy kolinellátása elengedhetetlen a megfelelő foszfolipidszintézis biztosításához ebben a szervben.

Míg a CHT1 a nagy affinitású kolintranszport közvetítője az acetilkolin szintézisében a kolinerg idegvégződésekben, a mindenütt jelenlévő CTL1/SLC44A1 kolin transzporter expresszálódik az emberi 47 és az egér 18 agyában, az idegsejtekben és az oligodendrocytákban, 54, valamint a tenyésztett asztrocitákban, 24 idegsejtben is., 55, valamint az agy mikrovaszkuláris endoteliális sejtjei 14 (lásd a CTL1/SLC44A1 idegrendszeri expressziós profil összefoglalását Michel és Bakovic 19-ben). Az SLC44A fehérjék közül csak a CTL1 expresszálódik szignifikánsan az idegrendszerben, míg az SLC44A2 alig detektálható és az SLC44A3-5 nem expresszálódik. 2009-ben kimutatták, hogy a CTL1/SLC44A1 leütés megakadályozza a kolinerg neuroblasztóma sejtvonal növekedését. 36 Ez a sejtvonal nem expresszálja a CHT1-et, mégis magas affinitású kolintranszportot tartalmaz, amelyet a CTL1/SLC44A1 közvetít, tovább mutatva a transzporter szerepére az idegrendszerben. Jelenleg tovább vizsgáljuk a CTL1/SLC44A1 agyban betöltött szerepét. Eredményeink alapján a kolin transzporter kapcsolódik a neurogeneratív betegséghez, és hiánya az agyban a foszfolipid anyagcserét zavarja, következésképpen nagyon hosszú láncú zsírsav homeosztázist eredményez.

Génátírás és -szabályozás kolin elérhetőséggel

A CTL1/SLC44A1 metilezéssel történő szabályozása nincs megállapítva. A CTL1/SLC44A1 promoter gazdag CpG szekvenciában, és a fejlődés egyes szakaszaiban és/vagy a kolin hozzáférhetősége révén hipo-hipermetilezhetők. Meg kell határozni a globális CpG-metilezést és a metiláció mértékét a specifikus CpG helyeken a CTL1/SLC44A1 promóterben. A CTL1/SLC44A1 génszegmensek metilációs állapotát, amelyekről már megállapítottuk, hogy több funkcionális CpG-szigetet tartalmaznak 47, az inzulinszerű növekedési faktor (Igf2) gén metilezésével együtt kolinérzékeny kontrollként, az Igf2 a metilezést jól jellemzi, és ismert, hogy a kolin szabályozza. 60 –62

Következtetések és kilátások

A kezdeti klónozás óta, különösen a CTL1/SLC44A1 fehérjét Na + -független, HC3-érzékeny kolin transzporterként jellemzik, amely mindenütt expresszálódik. Közvetíti a kolin transzportját mind a plazma membránon, mind a mitokondriális membránon, és kapcsolódik a kolin anyagcseréjének minden aspektusához, pl. betain, foszfolipid és acetilkolin szintézise. A foszfolipid anyagcsere klasszikus szerveiben, például a májban játszott szerepe mellett az izgalmas, feltörekvő adatok a fehérje új szerepét fejtik ki az izomban és az idegrendszerben. A CTL1/SLC44A1 ráksejtekben észlelt túlzott expressziója összefüggésbe hozható e sejtek foszfolipidjeinek iránti nagy kereslettel, és a jövőbeni kutatásoknak ki kell deríteniük a kolin transzporter manipulációjának lehetőségét a rákos sejtek növekedésének csökkentése érdekében. A jövőbeni epigenetikai vizsgálatoknak ki kell egészíteniük a promóter/transzkripciós faktor elemzéseket, és több betekintést kell adniuk a CTL1/SLC44A1 expressziójának szabályozására a kolin szigorú igényei szerint a sejtnövekedés, differenciálódás és fejlődés során.

Szerző közreműködései

Mindkét szerző megírta, összeállította és szerkesztette a kéziratot.