Poruchy metabolizmu lipidů všechny v tuku rozpustné ( = lipofilní) molekuly - "tuky" (TAG, oleje) - mastné kyseliny (MK) - deriváty MK ■ mono-, diacylglyceroly - cholesterol - eikosanoidy - vosky - steroly - některé vitam^W ■ A, D, E and K LIPIDS "Pin'ľ.-lglycerois (oHs, fats) Glyceropti o s phol i páds Spľtingalipids Ljpid Other Vitamins terpenes Polyprenyl compounds Plasmalogens Phosp hati dates Sphingomyelins splat id< Cerehrosides Gang! Phosphatidyl- Phosphatidyl- Phosphalidyl- Other ethanolsmines serines cholines phospholipids Ptiospľio-iípids Other glycol i pids Gfycolipids |-ipidvTAG/FFA, pCTh H2C—O—C—R 0 HC—O—C—R' H2C— O—C—R" O II H2C—O—C—R, O J—O—C—R2 O H2C—O—P—0-X Glycerol H—C—OH H —C —OH A "free" ratty Arid i- Triglyceride Fyziologický význam lipidů ■ lipidy jsou - (1) důležitým zdrojem energie (TAG) ■ tuková tkáň (s TAG) tvoří u štíhlého člověka cca 1/5 tělesná váhy a reprezentuje zásobu cca 570 000 kj, což by stačilo na cca 3 měsíce úplného hladovění - (2) výchozím materiálem pro tvorbu celé řady látek (CH) ■ signálních molekul (steroidy, prostaglandiny, kofaktory enzymů) ■ součástí buněčných membrán (zejm. fosfolipidy a CH) ■ tvorba žlučových kyselin ■ lipidy: - triacylglyceroly (TAG) - fosfolipidy (PL) - volný cholesterol (CH) a cholesterylestery (CHE) - volné mastné kyseliny (FFA) ■ koncentrace lipoproteinů v plazmě je výsledkem interakce genetických faktorů s faktory zevního prostředí ■ poruchy - (1) metabolismu jednotlivých lipidů ■ Tangier disease, Tay-Sachs, Niemann-Pick, ... - (2) hyperlipoproteinemie (HLP)/dyslipidemie ■ skupina metabolických chorob charakterizovaných zvýšením hladin lipidů a lipoproteinů v plazmě v důsledku *~ jejich zvýšené syntézy *~ sníženého katabolizmu částic *~ popř. snížení některých částic (zejm. HDL) ■ celá řada HLP je aterogenních ■ ale Dozor! zvýšená hladina ateroaenních liDODroteinů V Dlazmě nemusí být vůbec ve vztahu k množství podkožního tuku, tedy - HLP * obezita! nezbytné pro - kompartmentalizaci buněk ■ organely, vezikuly, ... - regulaci rigidity membrán, tj. permeability ■ ionty - polarita, apoptóza, regulace, ... - signální transdukci ■ asociace tyrosin kináz, G-proteinů, ... - membrane trafficking ■ endocytóza, sekrece, ... - laterální nehomogenita membrán (mikrodomény, lipid rafts) - autoregulace lipidového metabolizmu ■ SREBP, LXR/RXR, ... lipoprotein ■ lipoproteiny = makromolekulami komplexy (částice) skládajících se z - proteinu (= apolipoproteiny a enzymy) ■ strukturální integrita, vazba na receptory, výměna lipidu - lipidů (CH, CHE, TAG, PL) ■ vnější vrstva - PL, CH ■ jádro - CHE, TAG ■ cirkulující lipoproteiny - (1) vzniklé ve střevě ■ chylomikrony - (2) vzniklé v Játrech ■ VLDL (very low density lipoproteins) ■ IDL (intermediate density lipoproteins) ■ LDL (low density lipoproteins) ■ HDL (high density lipoproteins) - (3) vzniklé v cirkulaci ■ Lp(a) - z cirk. LDL a apo-a (z jater) ■ složení (lipidy a apolipoproteiny) se liší mezi jednotlivými lipoproteiny - chylomikrony a VLDL Jsou bohaté na TAG (TAG>>>>CH) - LDL a HDL naopak CH>>>>TAG ■ různé lipoproteiny mají různý metabolický osud ■ plazma normálně obsahuje - <1% chylomikronů - <10%VLDL - zbytek LDL a HDL Apoprotein Phospholipids' Classification of Lipoproteins "Buď' (Non-HDL) Chylomicron Chylomicron remnant a ** %* •* VLOL IDL LDL Very Low Irilr^m.'iiLiitr- Low Density Surdity Density Lipoprotein Lipoprotein LiuOiirůIť-irt Ír nm 44 nm 20 nm [Trávení a absorpce lipidů ve vodě nerozpustné lipidy obsažené v potravě (TG, CH, fosfolipidy) jsou mechanicky emulgovány pohyby trávicího traktu a žluči tak, aby se k nim dostaly enzymy nutné pro jejich resorpci - TAG: ve střevě Jsou natráveny pankreatickou lipázou na volné mastné kyseliny a monoacylglyceroly - PL: tráveny pankreatickými fosfolipázami - CH: estery cholesterolu pankreatickou cholesterylester hydrolázou na volný CH ■ nekompletní absorpce (~30-60%) dohromady se žlučovými kyselinami, vitaminy rozpustnými v tucích a dalšími látkami tvoří tzv. směsné micelv, které isou buďdifuzí nebo inkorporácia následnvm uvolněním z membrány resorbovány do enterocytů v nich Drobíhá ODětovná re-esterifikace na TAG, k resorbovaným lipidům se přidávají apolipoproteiny a takto se formují chylomikrony ty jsou uvolněny z enterocytů do lymfy a následně do krve V plazmě cirkulují lipidy jako součást lipoproteinů f " f M ^ HlC-^-CTJ, OH f] ŮS 1 1 ', L. hSH W p } i ft O OH , 1. 1(1 t i ! i mfiuwDiiiiiiiniuii i Unesterified cholesterol Phospholipid Cholesteryl ester Protein B-100 JApoTTpopTotem ■ jsou součástí všech částic ■ liší0se svvm zastouDením a Dodlejtoho také způsobem zpracování lipoproteinů - Dodílí se na struktuře částice a umožňují transport lipidu ve vodném prostředí - jsou kofaktory enzymů lipidového metabolizmu - zprostředkují vazbu částice na specifické buněčné receptory - účastní se výměny lipidů mezi částicemi ■ všechny částice, které obsahují apoB (apoB-100 nebo apoB-48) jsou aterogenní - apoB-100 - vazba na LDL receptor - apoB-48 - vazba na receptor pro chylomikronové „zbytky" ■ apoC jsou kofaktory LPL (lipoproteinové lipázy) - apoC-II aktivuje a apoC-III inhibuje -a tedy ovlivňují rychlost hydrolýzy TAG ■ anoE qvlivňuie vychytávání lipoproteinových "zbytku"játry ■ apoA se podílí na struktuře HDL, kofaktor LCA1 a vazba na HDL receptor - snížené hladiny apoA jsou aterogenní ■ apoíaí díkv své značné homoloaii s plazminoqenem působí jako kompetitivní inhibitor plazminogenu (enzym rozpouštějící fibrin, tj. krevní sraženinyj ovšem bez jeho katalytické aktivity, a zvyšuje tak riziko trombózy cJilUiUUI |t ran s port lipidů| Částice apoP Chilom. apoB-48, A, C, E VLDL apoB-100, C, E LDL apoB-100 HDL apoA, C, D, E Lp(a) apo(a), apoB-100 Chylomicron Chylomicron Remnanl VLDL Rřiiuiiijir Srn (A) 5,000 SUJ Density Cg/inl-'J □ CE ■ TG O A O li-lUU [Ml. HDL 27J. H'1 V CH •V C!L ** — ^ _ S buňka ' 'V^^'1'^ periferní ny -••^ přebytky Ä l tkáně > ti *____ tkáňového CH ^ CH 10 transport! chylomikrony tvořené v enterocytech nesou převážně TGA -slouží jako zdroj FFA pro tkáně (zejm. sval a myokard) a pro tvorbu zásob (tuková tkáň) FFA se z TAG lipoproteinů odštěpují účinkem enzymů - liDODroteinová Imáza ÍLPL1 - enzvm vázaný na endotel cévní stěny zejm. svalu, myokardu a tukové tkáně) - jaterní lipáza (HL) ve tkáních se MK buďutilizují 3-oxidací jako zdroj energie (glycerol je využit v játrech) nebo se v případě tukové tkáně ukládají jako zásoby v podobě TAG - z těch je možné hydrolyzovat FFA pomocí hormon-senzitivní lipázy (HSL) všechny zmiňované procesy jsou regulovány hormonálně - inzulín aktivuje LPL a inhibuje HSL - katecholaminy a glukokortikoidy aktivují HSL z chylomikronů ochuzených o dietní TG se stávají tzv. chylomikronové remnanty („zbytky"), které nesou cholesterol diety a které jsou vychytávány játry - vazba na receptor pro chylomik. „zbytky" prostřednictvím apo B-48 v játrech jsou tvořeny VLDL, a to z: - (1) TAG syntetizovaných de novo z acetyl-Co A vzniklého z přebytku sacharidu (po doplnění jaterních zásob glykogenu) - (2) přebytku dietních TAG a CH - (3) nespotřebovaných cirkulujících FFA - (4) de novo syntetizovaného CH VLDL cirkulují a jsou stejně jako chylomikrony zdrojem TAG pro periferní tkáně (LPL) - z VLDL takto postupně vznikají částice IDL a poté LDL 11 12 lObrat TA( LHilJiUNI K-r. uii.-.r.l in did storage of bile salts GalltMfcr l J (D Hili sail* .-umluli diťlaiy frits iu tin.- 'IHľllj n.I.-i .n. . ti.rn ill minfá miLvllffi. <2)Irit*-*NHílH|iíi**'A ill 'j r,Ľ N I ťillĽj I ľ l.vn tmI-i 'Mi:il 1U|! —I,l|- © finty ncidj niiJ tri hŕŕ hrpnfcdwTi fwytlwl* nrr l.tlt^n nji liv tlir int#stijvil miirtsa and UMHlM into tri acylplyíerok FntVj' ňcictí are htm J i r* d nn fliiil or FW*tnňfint| fuŕaliiŕň|;n MjDf^rť or Ij]wi[irntni ri li|jnfrp, ...i.v n d I ■ ■poť-11 ill the :u|iľll.i! -.. It 11.1 b*;- I.lL I i BCÍíIí 411(1 íjIvrtTihl, (£) íJhj1nm]CP)ns move I iir m iitíi tlir lyra|iknľlľ nyrimn ami 13 ® Trirt£>l[j I^L-riilŕi Jitb' i i 1" ľ| ■ . 11 ■ ■■!. with ciiolivtural and npDLipuproU'ina, , ltH0|l.UllKTUll3 Excess fat is stored in lipocytes, which expand in size until the fat is used for fuel "1 á Adipocyte 14 |ReguUic^Tovm)v^ tzásob a jejich mobilizací v adipocytu ■ rovnováha (poměr mezi aktivitou lipogeneze a lipolýzy) je výsledkem neustálé neurohumoralni kontroly odrážející a) přirozený cyklus příjmu potravy a lačnění a b) okamžitý energetický stav a nároky organizmu (a) adipocyt - postprandiální stav - glukóza je přijímána adipocytem prostřednictvím GLUT4 po stimulaci inzulinem - FFA isou odštěoovánv z cirkuluiících TAG-lipoproteinů (zejm. chylomikrony) účinkem LPL rovněž stimulované inzulinem - přebytek glukózy je hl. zdroj pro tvorbu TAG (b) adipocyt - stav nalačno - zásobní TAG podléhají lipolýze účinkem HSL na glycerol a FFA, tyto jsou utilizovány zejm. játry a svalem - aktivita HSLje stimulována katabolickými hormony (glukokortikoidy, katecholaminy) GLUKOKORTIKOIDY inzulinový receptor + glycerol 15 16 INZULÍN Regulace transkripce genů lipidového| Imetaboflsm^Hjaderné "senzory' ■ regulace pomocí transkripčních faktorů z rodiny "orphan" nukleárních receptoru PPAR (peroxisome proliferator activator receptors) - jaderné receptory PPARa, y a 5 regulují transkripci genů po aktivaci lipofilními ligandy ■ např. polynenasycené mastné kyseliny z potravy nebo deriváty prostaglandinů - PPAR/RXR asi funguje jako tzv. buněčný "lipostat" ■ PPARa účinkuje zeim. v játrech (a svalu) - aktivuje katabolismus mastných kyselin (T 6-oxidaci), zvyšuje expresi apoAI a II a SR-Bl (f H DL, i CH) *~ PPARa -/- KO myš není schopná tolerovat hladovění - hypoglykemie, hypotermie, hypoketonemie *~ výkonnostní trénink zvyšuje expresi PPARa ve svalu a tím schopnost zvýšit oxidaci MK ■ PPARy účinkuje zejm. v tuk. tkáni - stimuluje lipogenezi a diferenciaci adipocytů, spolu s PPARa ativuje expresi LPL a inhibuje apoCIII *~ PPARy -/- KO myš není viabilní (porucha vývoje placenty) ■ PPAR5 je exprimován ubikvitárně - účastní se regulace termogeneze |Geny regulované PPAR farmakologická aktivace - fibráty - PPARa agonlsté = hypolipidemika - glitazony - PPARy agonlsté = antidiabetika gene expression in adipocytes . ^ IFFAs T FA uptake s-vf Ibpolysia ^ tlnsulin-sensitizing fad ot{3) [e.g. Ácrp30) Ťfr + Exprassion/action ■ i Insulin-resistance factory) (e.g. resislin/TNF) + CAF expression +11 |ÍHSD1 other genes... 17 Small Insulin-sensitiv« adipocytes v Visceral adiposity sumární efekt: - aktivace oxidace mastných kyselin - snížení plazmatických hladin TAG - snížení plazmatických hladin CH -aktivace- RA RXR glukokortikoidy PPAR-a Ugandy pro PPAR ▲/ gen pro / . enzym A PPAR-a gey pro - apoA-[, -I] a SRBI tvorba HDL a stimulace ■ reverzního transportu CH geny pro LPL a apoCIII + r gen pro enzym a -Acetyl CoA- gen pro enzym C V -► •• gen pro enzym □ hydrolýza TAG ATP, H,0, CO, 18 mastné kyseliny b-oxiúace mastných kyselin 19 20 Natur« Reviews | Molecular Cell Biology ränspôr^HBdo pe rife rig Exogenous CH ie transDortován také prostřednictvím lipoproteinů, ale dojisté míry nezávisle na TAG CH v těle (jako naprosto nezbytná látka pro bb.) pochází částečně z diety (exogénni) ale všechny bb. (významně zejm. játra) ho mohou syntetizovat (endogenní) - endog. tvořený C H představuje cca 75% celk. cirkulujícího CH - za normálních okolností je u c*» zdrav, člověka přísun + de novo syntéza vs. potreba CH v rovnováze CH je vylučován ve formě žluč. kyselin a CH rozpuštěného ve žluči zdroje CH - (1) z diety - (2) endogenní syntéza v játrech (z acetyl-CoA) - (3) zpětně resorbovaný ze žluči (enterohepatální oběh) CH je nesen prostřednictvím - chylomikrony (dietní) - VLDL, IDL a LDL (endogenní syntéza v játrech) - HDL (reverzní transport CH) Endogenous Hepatocyte Macrophage f "N uplít oxwatlon t C^?/ Atherosclerotic pläquee Peripheral cell LDL částice vznikají z VLDL a jsou bohaté na CH - převažující zdroj CH pro periferní buňky (nejvíce CH je vychytáno játry, nadledvinami, CNS a tukovou tkání) CD LDL-receptor dependentní vychytávání - endocytózou prostřednictvím LDL-receptoru (vazba apo B-100/apo E na receptor), jsou internalizovány, CH se uvolní a je využit buňkou - uvolněný CH zablokuje syntézu endogenního CH (inhibuje enzym hvdroxymetylglutaryl-CoA-reduktázu) - rovněž exprese LDL je zpětnovazebně down- nebo up-regulována dostupností CH (2) non-LDL-receptor dependentní (scavenger) vychytávání - monocvtv/makrofázvoprostřednictvím "scavenger" receptoru - vazba modifikovaných (oxidovaných nebo glykovaných) LDL - nepodléhá regulaci, může být "zahlcen" -> ateroskleróza apoB-ÍOO LDL receptor 21 22 ;ptore\ jmr una IdependenuTTnechämz^ Endothelial cells, smooth muscle cells or macrophages Native LDLR (downregulated) Acetyl LDLR = 3R-A (not downregulated) Si CD36. SR-Aand other oxLDL recepttjfs (not downregulated) Macrophage LDLs mají patoqenetickou úlohu v procesu aterogeneze - tvorba "pěnových" bb. = CH z LDL je kumulován monocyty / makrofágy v cévní stěně ■ nicméně exD. inkubace monocytů/makrofágů cévní stěny i s vysokými koncentracemi LDL nezvyšuje jejich akumulaci CH (naopak, LDLR down-regulace) > LDL musí být chemicky modifikovány abv bvlv aterogenní (in vivo nejč. oxidace -> oxLDLs) ■ nejvyšší aterogenní potenciál mají "malé denzní LQL" f ti. oxidované a původně bohaté na TAG) vvchvtávání Drostřednict^ím scavengerových receptoru - scavenger receptor type A | (SR-A) ä - další členové CD36 receptorové rodiny 24 ucel TTPTF:^ Hl £ iTTtíTí HI IHomeostatické mechanizm Vesicular transport? LDL (yellow circles) carrying CH bound to LDL receptors (light blue Y-shape) is internalized and transported to endosomes and lysosomes from which CH can efflux to cellular compartments including the plasma membrane or the endoplasmic reticulum (ER) The LDL receptor recycles to the membrane via the endocytic recycling compartment (ERC) Newly synthesized CH in the ER is mostly transported from the ER directly to the plasma membrane, bypassing the Golgi, but some follows the biosynthetic secretory pathway from the ERto the Golgi Excess cholesterol in the ER becomes esterified by ACAT and stored in cytoplasmic lipid droplets optimální množství CH v buňce je udržováno několika mechanizmy: - (1) přebytek volného CH je esterifikován na CHE pomocí acylCoA:cholestrol acyltransferázy (ACAT) ■ estery jsou skladovány v cytoplazmě odkud můžou být opětovně hydrolyzovány - (2) de novo biosyntéza CH pokud je málo CH ■ CH syntéza (v játrech) je komplexně regulována, HMG-CoA Reduktáza je rychlost-limitujícím enzymem a hl. kontrolním bodem - (3) odstranění přebytečného CH z buňky pomocí přenašeče z^ rodiny ABC transportéru a dále cestou reverzního transportu CH prostř. HDL do jater 25 26 acetyl-CoA + acetoacetyl-CoA HMG-CoA Synthase I Hyd roxy methy I g I uta ry 1-CoA (HMG-CoA] HMG-CoA Reductase Mevalonate Cholesterol pegulace syntézy CH cca 75% CH v plazmě pochází z endogenní syntézy v játrech biosyntéza CH ie extrémně komplexní proces, nicméně klíčovým rychlost limitujícím enzymem je HMG-CoA reduktáza (A) dlouhodobá regulace syntézy CH - (1) regulace tvorby HMG-CoA reduktázy a ostatních enzymů syntézy CH a LDL-R ■ regulace transkripce: rodina transkripčních faktorů váznamých na endoplazmatické retikulum SREBP (Sterol Regulátory Element Binding Proteins) *" SREBP-2 účinkuje zejm. v regulaci syntézy CH *" SREBP-1 účinkuje zejm. v regulaci syntézy FFA ■ Dři nízkých hladinách sterolů ie SREBP-2 uvolněn z membránového Drekurzoru aktivovaný SREBP vstupuie do iádra a zahájí expresi genů obsahujících sterol regulátory element (SRE) ve svých promotérech, např. lovv-density lipoprotein receptor (LDLR), HMG-CoA syntáza, skvalen syntáza a fatty acid syntáza - (2) regulovaná degradace (proteolýza) HMG-CoA reduktázy ■ proteolýza HMG-CoA reduktázy Je stimulována CH, Jeho oxidovanými deriváty, mevalonátem a farnesolem *" HMG-CoA reduktáza obsahuje transmembránovou sterol-sensing doménu, která hraje roli při zahájení degradace enzymu proteasomem (B) krátkodobá regulace syntézy CH - HMG-CoA reduktáza je inhibována fosforylací katalyzovanou prostřednictvím AMP-dependentní proteinkinázy (AMPK), rovněž reguluje syntézu mastných kyselin a jejich katabolismus ■ AMPK Je aktivována zvýšenými hladinami AMP v buňce (ti. při nedostatku ATP) smysl: při nedostatku ATP nen9 energie spotřebovávána na syntézu CH (C) farmakologická - hypolipidemika - kompetitivní inhibitory HMG-CoA reduktázy (statiny) IDetaiiaSREBP reaulacelCHl Nature Reviews ; Mole< Under conditions of ample sterol in the endoplasmic reticulum (ER), the ER retention protein INSIG prevents entry of the SREBP-SCAP (SREBP cleavage activating protein) complex to COPII-coated vesicles Transport of SREBP to the Golgi is needed for proteolytic release of the transcription factor, which is then transported to the nucleus to activate sterol-regulated genes (such as hydroxymethylglutaryl CoA reductase (HMG-CoAR)) and the low density lipoprotein receptor (LDLR)) HMG-CoAR is also post-transcriptionally regulated by sterol, with INSIG binding of the protein leading to its proteasomal degradation. SSD, sterol-sensing domain; SRE, sterol regulatory element. 27 28 Regulace transkripce geni |rneJa^olisjTTu_0^jjä^eTrľé "senzory' (1) LXR (liver X receptor) - t exprese ATP-binding cassette transporter AI (2) FXR (farnesol X receptor) - reguluje syntézu žluč. kyselin a jejich transport (3) RXR (retinoid X receptor) - váže kys. retinovou - heterodimerizuie se všemi výše uvedenými receptory - aktivované heterodimery PPAR/RXR, LXR/RXR a FXR/RXR fungují iako aktivní transkripční faktory, váží se na responsivní elementy v promo- toroyvch sekvencích celé řady genu a modulují jejich transkripci ^^^^ É«t4t AllCtí -* » 29 IReverzní transport CHKRTCH ■ zajištěn pomocí HDLs tvořených v játrech a enterocytech ■ CD sekrece & a "nabírání' lipidů - nejprve sekrece na lipidy chudých částic (apoA-I + fosfolipidy) játry a ve střevě, které postupně získávají CH a PL z jater pomocí transportu zprostředkovaného ABCA1 ■ exprese apoA-I qenu ie regulována mnoha faktory: tuky přijatými potravou, alkoholem, estrogeny, androgeny, hormony št. žlázy, retinoidy, glukokortikoidy, ... - následně další Dřenos CH. PL, a apoLP z chylomikronů a VLDL během lipolýzy prostřednictvím LPL tvoří tzv. "nascentní" pre p-HDL částice ■ podle elektroforetické modility - ty získávají dodatečný CH a PL z buněk extrahepatálních tkání (zejm postupně se tak mění na částice bohaté na cholesterol ■ (1) pasivní difúzí - bidirekcionální ■ (2) scavengerovým receptorem typu B-I (SR-BI) - bidirekcionální ■ (3) transportérem-facilitovaný proces - ATP-binding cassette transportér AI (ABCA1) jednosměrný 30 Chylomicron CE-ritri. n:-MDL cévní stěny!) a ICH efl ux a JSSäH Natur« Review; | MoJeeutar Cell Biology The ATP-binding cassette (ABC) transporter ABCA1 facilitates the efflux of phospholipids and cholesterol to APOA-I to generate nascent, discoidal high density lipoprotein (HDL) particles Lecithin:cholesterol acyl transferase (LCAT, a plasma enzyme that is also present in the interstitial space) uses HDL phospholipids and cholesterol to esterify cholesterol and produce globular HDL particles These serve as acceptors for additional cholesterol that is removed from cells with the aid of the ABC transporter ABCG1 - ABCG1 is highly expressed in macrophages whereas ABCA1 is more ubiguitous HDL enters the circulation and HDL cholesteryl esters are selectively removed by a scavenger receptor Bl (SRB1)-dependent process in the liver and steroidogenic cells Hepatocytes excrete cholesterol into the bile both as free sterol and after conversion to bile acids, while steroidogenic cells can use cholesterol for steroid hormone synthesis. CEH, cholesteryl ester hydrolase CTPIpTiSTn^TasseTteTrans^ ABCAl ie transmembránový protein se dvěma vazebnými doménami Dro ATP zásadně důležitý pro jednosměrný přenos CH z buněk do HDL - mutace v ABCAl genu způsobují Tangierskou chorobu (ii HDL-> ateroskleróza) - ABCAl makrofágů cévní stěny je zásadní pro odstraňování CH a obranu proti ateroskleróze - exprese ABCAl je regulována LXR ABCAl zajišťuje transfer CH do ApoA-I HDL (ne zcela objasněným mechanismem) zřejmě translokací CH přes plazmatickou membránu ospholipids 31 32 Peripheral cell peverzní transport CH ■ f 1 \ -.«-.. ~ ^n um ř^oiir Bily V^SR^ HP ' Nascent Liver Mature HDL HDL ABCA11 Macrophage (2) maturace HDL částic - enzym LCAT riecitin:cholesterol-acyltransferasel, který je součástí HDLje aktivován apolipoproteiny HDL, esterifikuje volný CH na CHE, které migrují do nitra částice a vytváří tak "zralé" HDL (ty postupně získávají další CH pomocí ABCA1 a SR-BI) - funkce LCAT je kritická pro normální koncentraci a funkčnost HDL - HDL obsahuje paraoxonázu - antioxidační enzym chránící CH a apoB a A (v HDL a LDL) proti oxidaci a tím zvýšení jejich aterogenního potenciálu (3) intravaskulární úprava HDL lipázami a dalšími faktory - důležitá (a při vysoké nabíodceTAG potencionálně patogenní) determinanta rychlosti odstraňování HDL z cirkulace - enzym CETP [cholesterol ester transfer protein] katalyzuje opačný proces - výměnu CHE a TAG (= heterotransfer) mezi HDL a TAG-bohatými lipoproteiny (chylomikrony a VLDL) což vede k depleci CHE v HDL a jejich obohacení o TAG - hepatická lipáza dále modifikuje TAG-bohaté HDL, o lipidy ochuzené apoA-I HDL "remnanty" jsou filtrovány v glomerulech ledvin a v prox. tubulu reabsorbovány pomocí cubilin/megalinového systému adipose tissue — t FFA j ApoB 1—*■ 1 VLDL (C LT P) [ (CETP) JTG L-^ApoA- 33 lipase (lipoprotein / hepatic) Reverzní trans (4) katabolismus HDL částic - HDL a jejich CH jsou vychytávány v játrech, ledvině a steroidogenních tkáních 2 procesy: ■ (1) selektivní odstranění CH a CHE (v menší míře také TAG a PL) bez pohlcení celé částice *■ játra = HDL-receptor SR-BI (vazba apoA-I), recyklace pre-p HDL *" CH je vylučován jako žluč. kyseliny a volný CH - (2) endocytózou celých HDL částic (ledvina) ■ endocytóza a lysozom. degradace ■ apoAI a na lipidy chudý HDL filtrován, reabsorbován v prox. tubulu (prostřednictvím megalin/cubilin systému) a degradován sumárně je tedy efektivita reverzního transportu CH určena: - (1) rychlostí produkce apoAI - (2) rychlostí clearance CH a celých HDL z cirkulace játry a ledvinou - (3) rvchlostí esterifikace CH (t LCAT/I CETP) - (4) účinkem lipáz (jaterní, LPL) ■ variabilní obsah TAG ovlivňuje rychlost clearance HDL *" hyperTAG zvyšuje katabolismus HDL !!! Cublllnfn»a»Hn 34 Chylomicron* * * slipoproteinemiš hypercholesterolemie ■ t celkový CH, LDL (a všechny apoB částice) ■ i HDL (apoA částice) - rizikový faktor aterosklerózy potvrzeno nesčetnými epidemiologickými studiemi hypertriglyceridemie ■ (1) izolované t TAG (tj. na TAG bohatých částic) izolované zvýšení TAG není aterogenní (nepř. při deficitu LPL) - riziko akutní pankreatitidy *- TAG > 20-30 mmol/l ■ (2) kombinované t TAG (tj. na TAG bohatých částic) + FFA - inzulínová rezistence ■ (3) kombinované t TAG + t apoB částic (vlivem vysoké nabídky FFA játrům) + i HDL - rizikový faktor aterosklerózy ■ ovlivňuje velikost LDL and HDL částic a tedy jejich aterogenicitu resp. ztráty!!!! 35 36 Oxidized ň- When a lesion occurs, LDL-ca infiltrate below the artery Bning. whets they become oxidized and ttwic Monocytes toElcw aid engull thetaoc'LCts. 8. Tie monccy:es swell will LDL-C and become bloated. Platelets stimulate tre smcoih muscle calls to grov. Monocytes become fcam cells.Tiegrowlh bulges into the artsry opening (lumen) and is recognized as a fatly slreak 'Ihe fi-st noticeable sign of atheroscleroses}. C. Tie bulgs (now plaque} continues to grow ovar decades anc the artery channels CQrilirue to D. Eventually a Qlcorj clot terms and stops boon flow to tnenean mjscäs.Tľbe result is a neart aitac* eng tteatxi of a portion ot isarl rrusrjle. lAterogenní částice| ■ LDL, speciálně malé denzní LDL jsou nejvíce aterogenní částice ■ lehce penetruií endotelem, malí nižší afinitu k LDL-R a isou lehčeii oxidovány a tedy vvchvtávájiv scavenaerovými receptory makrofágů v cévní stěně - CH převažuje v LDL a chylomikronových zbytcích, nicméně tyto jsou rychle odstraňovány játry (pokud ne, pakjsou extrémně aterogenní) - LDL setrvávají v plazmě cca 9x déle než VLDL (tedy je 9x více LDL než VLDL) a vzhledem k tomu, že ~70% CH je transportováno LDL je jejich hladina hl. determinantou plazmatického CH) - riziko aterosklerózy roste s hladinou LDL, ale pro každou koncentraci LDL je navíc riziko ovlivněno hladinami HDL!!! ■ nízký HDL zvyšuje riziko i při normální hladině CH a LDL ■ aterogenní lipidový profil: - tLDL (hlavně malé, denzní, oxidované) - tapoB (= lépe reflektuje počet LDL) - IHDL - tapo(a) - tTAG (pokud doprovázeno t FFA) ■ TAG přispívají k tvorbě malých denzních LÍH! LDL Tvorba malých denzních LDL VLDL jaterni lipáza/fosfolipáza A2 37 KlasifikacefTT ■ HLP lze dělit podle různých kritérií - elektroforetická pohyblivost - klinický důsledek - etiopatogeneze ■ v minulosti byla používána převážně Fredricksonova klasifikace (I - IV) - dělila HLP Dodle charakteristického zvýšení lipoproteinů po elektroforetickém rozdělení - bohužel nezohledňuje HDL!!! ■ dnes se v praxi všeobecně používá jednoduchá a pro terapeutické účely vhodná klinická klasifikace HLP. která dělí HLP Dodle efektu na plazmatické hladiny lipidů (bez ohledu na etiopatogenezi) na: ■ a) hypercholesterolemie ■ b) hypertriglyceridemie ■ c) smíšené poruchy ■ z patofyziologického hlediska je zásadní klasifikace etiologická - primární HLP - sekundární HLP 38 Typ gvysěmH ^Sövy^M ^^^^^^ % I ChyM Norma až t tttt 1.6 mmol/l J-Ateroskleróza LDL <3.4 mmol/l ŤAteroskleróza TAGM <1.8 mmol/l tAteroskleróza apoAI 1.2 - 1.7 g/l J-Ateroskleróza apoB 0.58-1.38g/l TAteroskleróza Lp(a) <0.3 g/l t Ateroskleróza Ätiologie HLP ■ HLP představují heterogenní skupinu metabolických onemocnění, která jsou charakterizována zvvšeriou hladinou lipidů a lipoproteinů v plazmě - >95. percentil referenčních plazmatických hladin + mortalita ■ někdy se používá termínu dvsIiDODroteinemie. Drotože poruchou může být i snížení hladiny (např. u HDL) ■ HLP vznikají v důsledku: - a) zvýšené syntézy lipoproteinů - b) Doruchv intravaskulárního o zpracování (např. deficity enzymu) - c) defektního vychytávání lipoproteinů buněčnými receptory - d) sníženého odbourávání lipoproteinů ■ etiologicky jsou to onemocnění buď - primární - geneticky založená - sekundární - doprovázejí jiná onemocnění ■ genetická dispozice - polygenní - podobně jako u dalších „civilizačních chorob" (tzv. "střádavý" genotyp) ■ na manifestaci poruchy se výraznou ~n měrou podílí faktory zevního prostředí, J3 především dieta - monoaenní - většina Drimárních HLP . veškerá populace ry-i^logiTkš pspulaíni vgriabilitg morbidita / mortalita komplex rií (multifaktoriálnO polygenní porucha cholesterol (mmol/l) B. zdravá populace cholesterol (mmol/l) Primárni HLPl (Fredrickson) Familiární deficit LPL I mutace v LPL genu Familiární deficit apoC I or V mutace v apoC genu Fam. hypercholesterolemie Ha mutace v LDLR genu Familiární defektní apoB-100 IIa mutace V apoB genu (defekt vazby na LDLR -10% normální aktivity) PoTvaen^nvDercnoTesteroTemi^B IIa, IIb polygenní Fam. kombinovaná hypelipidemie IIa, IIb poTvQenpiB Fam. dysbetalipoproteinemie III mutace v apoE genu Fam. hypertriglyreridemie ? (polygenní) 40 monoqenní poruchy jsou co do efektu zpravidla autozomálně semidominantní, tzn. závažnost poruchy je odstupňována podle počtu mutovaných alel všem ie SDolečné. |e rjacienti šoatně reaauií na dietní opatření a snížení hladin lipidu je dosaženo až farmakoterapií nositelé jsou v různé míře ohroženi kardiovaskulárními nemocemi (speciálně pacienti s familiární hypercholesterolemií s homozygotním defektem), někdy již ve velmi mladém věku ria.iw.MLUii :i<- ■ nejčastější primární HLP heterozygoti se vyskytují s frekvencí 1:500 homozygoti 1:1 mil. ■ FH Je způsobena mutací v genu pro LDL receptor (chromosom bylo popsáno více než 700 různých mutací ■ LDL receptor (spolu s částí membrány - "coated pits") periodicky (cca 1 x lOmin) recykluje mezi cytoplazmou a membránou a pohlcuje LDL častice, po jejich uvolnění se vrací zpět do membrány LDL ie DŮsobenírg Ivsozomálních enzymů rozložen na volný cholesterol a AK (z apolipoproteinu, zejm. apoB) ■ z funkčního hlediska spadají jednotlivé mutace do jedné z pěti kategorií, podle toho zda vedou k: 1) úplné ztrátě receptoru (17 % případů) 2) poruše transportu receptoru do plazmatické membrány (54 %) 3) poruše vazby LDL 4) poruše internalizace receptoru po vazbě LDL 5) poruše uvolnění z endozomu po internalizaci a návratu do plazmatické membrány (22 %) ■ zvýšení plazmatického cholesterolu se liší podle typu mutací a hetero- či homozygotnosti (tzv. gene-dosage efekt), ale je vždy značné cca dvoinásobek normálních hladin [<5.2mmol/l] u heterozygotů a čtyř- až pětinásobek u homozygotu ■ důsledky FH u nemocných se tvoří mnohočetné xantomy, příp. šlachová xantelazmata a arcus corneae ale hlavně nemocní s nerozpoznanou a neléčenou FH jsou zejm. ohroženi předčasnou aterosklerózou a časným úmrtím zpravidla na fatální infarkt myokardu ■ u heterozygotů se manifestní kardiovaskulární onemocnění objevuje ve čtvrté dekádě ■ u homozygotu již v dětství a pokud je FH neléčena, vede k úmrtí ve druhé dekádě. ■ mortality of MI in very young age in unrecognised homozygotes, before the 4th decade in heterozygotes ■ molekulárně-genetická diagnostika suspektních případů a rodin, dispenzarizace nemocných a agresivní hypolipidemická léčba je 4^ podstatou sekundární prevence |-ipoproteinový profil) normální VLDL apgB LDL (polygenní) hypercholesterolemie (polygenní) komb. hyperlipidemie 43 ó)á>ó>á> sty^OO OOO ■ hypotéza "střádavého genotypu" - v minulosti se osvědčily ty alely qenů, které zaiišťovalv neivvšší okamžitou dostupnost energetických substrátů (glukóza, lipidy, ...) ale také zásoby (tuková tkáň) - pro přežití byl navíc výhodný t pro-thromboticky a pro-zanětlivý - selektivní výhoda nositelů těchto alel vedla k jejich genetické selekci - dnes ie v Dodmínkách více méně neomezeného přístupu k zdrojům energie (přinejmenším v rozvinutých společnostech) stejná genetická - výbava zodpovědná za zvýšnou incidenci tzv. civilizačních (komplexních) chorob ■ komplexní = geny + prostředí ■ genetika lipidového metabolismu - funkční variabilita v genech kódujících např. ■ enzymy zapojené v tuk. metabolismu (TAG i CH) ■ nukleární receptory (PPAR, RXR, LXR, ...) ■ apolipoproteiny ■ receptory apolipoproteinu ■ hormony a jejich receptory A o glukokortikoidy, hormony št. žlázy, ... faktory determinující inzulínovou sensitivitu |5ezn^ zvýš. TAG a Jeiich dodávka do iater -> zvýš. produkce VLDL Játry (