Συνεισφορά των ισομορφών Ε2 και Ε4 της απολιποπρωτεΐνης Ε στην εμφάνιση μη ινσουλινο-εξαρτώμενου διαβήτη και στη μεταβολική ενεργοποίηση του λιπώδους ιστού

Abstract

Apolipoprotein E (APOE) is a major protein of the lipoprotein transport system involved in plasma metabolism and clearance of triglyceride-rich lipoproteins from circulation. In humans it is found in three natural isoforms, APOE2, APOE3 and APOE4 that differ at aminoacid positions 112 and 158. Numerous epidemiological studies have suggested that APOE gene polymorphisms are associated with the occurrence and the progression of cardiovascular disease and diabetes. Previous work from our laboratory indicated that peripheral apolipoprotein E (APOE3) stimulates white adipose tissue (WAT) mitochondrial metabolic activation while brain APOE3 is a potent inhibitor of this process that leads to obesity. Adipose tissue plays an important role in energy homeostasis, and recent data support that both APOE and apolipoprotein A1 (APOA1) play important roles in the regulation of WAT metabolic activation. In the present study, we employed Apoe2knock-in and Apoe4knock-in mice in order to evaluate the role of these human APOE isoforms in diet-induced obesity and related perturbations of plasma glucose metabolism, as well as their impact on metabolic activation of brown adipose tissue (BAT) and WAT. The animals were fed a high-fat diet for a period of 18 weeks and the results showed that diet-induced obesity was independent of the affinity of the different APOE isoforms for the human lowdensity lipoprotein receptor (LDLR). In addition, we investigated how the expression of APOA1 can modulate the effects of APOE2 and APOE4 on the metabolic activation of WAT and BAT. In particular, APOA1-dependent tissue-specific roles of APOE2 and APOE4 were reported in the metabolic activation of WAT and BAT respectively. When we investigated the contribution of APOE2 and APOE4 isoforms in the development of non-insulin-dependent diabetes, it was revealed that Apoe2knock-in and Apoe4knock-in mice, when fed high-fat diet, exhibited different glycemic profiles. Surprisingly, the obesity of Apoe2knock-in mice fed high-fat diet for 18 weeks was not associated with any measurable disturbance of plasma glucose homeostasis. On the contrast, the obese Apoe4knock-in mice, showed disturbed plasma glucose homeostasis due to dysfunctional glucose-stimulated insulin secretion in pancreatic β-islets and insulin resistant skeletal muscles. In conclusion, the data support specific effects of APOE isoforms on adipose tissue activation and glucose metabolism. The precise mechanisms require further investigation.

Η απολιποπρωτεΐνη Ε (APOE) είναι μια σημαντική πρωτεΐνη του λιποπρωτεϊνικού συστήματος μεταφοράς λιπιδίων που εμπλέκεται στο μεταβολισμό του πλάσματος και στην κάθαρση των πλούσιων σε τριγλυκερίδια λιποπρωτεϊνών από την κυκλοφορία. Στον άνθρωπο υπάρχουν τρεις φυσικές ισομορφές, οι APOE2, APOE3 και APOE4 που διαφέρουν στα αμινοξικά κατάλοιπα 112 και 158. Πολυάριθμες επιδημιολογικές μελέτες πρότειναν πως οι πολυμορφισμοί του γονιδίου της APOE σχετίζονται με την εμφάνιση και την εξέλιξη καρδιαγγειακής νόσου και του διαβήτη τύπου 2. Πρόσφατη μελέτη του εργαστηρίου μας ανέδειξε, επιπλέον, το διττό ρόλο της απολιποπρωτεΐνης Ε3 (APOE3) στη μεταβολική ενεργοποίηση του λευκού λιπώδους ιστού (WAT), η οποία εξαρτάται από τη θέση έκφρασής της. Πιο συγκεκριμένα, η εγκεφαλική έκφραση της APOE3 οδηγεί σε αυξημένη συσσώρευση λίπους και παχυσαρκία, ενώ η εκφραζόμενη στην περιφέρεια ΑPOE3 οδηγεί σε αντίσταση στην παχυσαρκία. Ο λιπώδης ιστός παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην ομοιόσταση της ενέργειας και πρόσφατα δεδομένα υποστηρίζουν οι απολιποπρωτεΐνες E και A1 (APOA1) παίζουν και οι δυο σημαντικούς ρόλους στη ρύθμιση της μεταβολικής ενεργοποίησής. Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η αξιολόγηση του ρόλου των ανθρώπινων ισομορφών APOE2 και APOE4 στη διατροφικά επαγόμενη παχυσαρκία μέσω μελέτης της επίδρασής τους στη μεταβολική ενεργοποίηση του φαιού λιπώδους ιστού (BAT) και του WAT και στις σχετιζόμενες με αυτή διαταραχές του μεταβολισμού της γλυκόζης στο πλάσμα. Προς το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν Apoe2knock-in και Apoe4knock-in ποντίκια στα οποία χορηγήθηκε δίαιτα δυτικού τύπου για χρονικό διάστημα 18 εβδομάδων και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η διατροφικά επαγόμενη παχυσαρκία ήταν ανεξάρτητη της συγγένειας των διαφορετικών ισομορφών της APOE ως προς τον υποδοχέα των χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεϊνών (LDLR). Ωστόσο, παρατηρήθηκε ότι η έκφραση της APOA1 μπορεί να ρυθμίζει τις επιδράσεις των APOE2 και APOE4 στη μεταβολική ενεργοποίηση του WAT και του BAT. Συγκεκριμένα, στην παρούσα διατριβή, αναδεικνύονται οι εξαρτώμενοι από τα επίπεδα της APOA1 στην κυκλοφορία, ιστοειδικοί ρόλοι των APOE2 και APOE4 φυσικών ανθρώπινων ισομορφών στη μεταβολική ενεργοποίηση του WAT και του BAT και ως εκ τούτου στην ανάπτυξη της διατροφικά επαγόμενης παχυσαρκίας. Κατά την εκτίμηση της συνεισφοράς των ισομορφών APOΕ2 και APOΕ4 στην εμφάνιση μη ινσουλινο-εξαρτώμενου διαβήτη φάνηκε πως η έκφραση των δυο ισομορφών, υπό την επίδραση της δίαιτας δυτικού τύπου, σχετίζεται με διακριτό γλυκαιμικό προφίλ για καθεμία. Τα Apoe2knock-in ποντίκια, παρά την αύξηση στο σωματικό τους βάρος διατηρούν ένα φυσιολογικό γλυκαιμικό προφίλ. Αντίθετα τα Apoe4knock-in ποντίκια, όταν αύξησαν το βάρος τους εμφάνισαν μειωμένη ανοχή στη γλυκόζη του πλάσματος, αντίσταση των σκελετικών μυών στην ινσουλίνη και ο εκκριτικός μηχανισμός των κυστιδίων ινσουλίνης των β παγκρεατικών κυττάρων (β-ΠΚ) τους προσδιορίστηκε ως λιγότερο ευαίσθητος στο ερέθισμα της γλυκόζης. Συμπερασματικά, τα δεδομένα υποστηρίζουν εξειδικευμένες επιδράσεις των ισομορφών της APOE στην ενεργοποίηση του λιπώδους ιστού και στο μεταβολισμό της γλυκόζης. Οι ακριβείς μηχανισμοί απαιτούν περαιτέρω διερεύνηση.