لیپولیز چیست؟ – بخش دوم

در مقاله قبل توضیح دادیم که لیپولیز چیست و در ادامه مباحثی بیشتر پیرامون این موضوع توضیح داده شده است.

لیپاز حساس به هورمون

در اوایل دهه شصت قرن گذشته عنوان شد که فعالیت لیپولیتیک در بافت چربی توسط هورمون‌ها القا می‌شود. در سال 1964، لیپاز حساس به هورمون و لیپاز مونوگلیسرول‌آسیلِ بافت‌های چربی، جداسازی و مشخص شدند. بلافاصله مشخص شد که HSL به عنوان یک هیدرولاز دیاسیل‌گلیسرول موثرتر از هیدرولاز تری‌اسیل‌گلیسرول در شرایط آزمایشگاهی و توسط عامل 10 عمل می‌کند.‏ با وجود این، به نظر می‌رسد که HLS، آنزیم محدودکننده سرعت در کاتابولیسم تری‌گلیسرول در چربی و بسیاری از بافت‌های دیگر باشد. سال‌ها بعد، در سال 2000، ‏هیچ نشانه‌ای از تجمع تری‌اسیل‌گلیسرول در چربی و بافت‌های دیگر موش‌هایی با ‏ کمبود ‏آنزیم مشاهده نشد، در حالی که در بسیاری از بافت‌های دیگر‏ آن‌ها مقدار زیادی از دیاسیل‌گلیسرول ‏انباشته وجود دارد. این مساله نشان می‌دهد که HLS ، به عنوان یک هیدرولاز دی‌اسیل‌گلیسرول بسیار مهم‌تر از هیدرولاز تری‌اسیل‌گلیسرول بوده و در حال حاضر پذیرفته شده‌تر از آن است.

دیاسیل‌گلیسرول ‏ + H20 → منو‌آسیل‌گلیسرول + اسیدهای چرب

اگرچه این آنزیم چندکاره قادر به هیدرولیز است، علاوه بر دی‌اسیل‌گلیسرول‌هایی که در آن استر‏ SN-3 ارجح هستند و تری‌گلیسرول، که در آن استر SN-1 هیدرولیز می‌شود (شکل 2)، توانایی هیدرولیز استرهای سایر چربی‌ها، مانند منو‌آسیل‌گلیسرول‎، استرهای رتینیل و استرهای کلسترول را نیز دارد. HSL توسط یک ژن در کروموزوم 19q13.2 کد گذاری شده است، اتصال جایگزین منجر به تغییرات چشمگیر در منطقه پنجم و همچنین بافت خاص mRNA و پروتئین با اندازه‌های مختلف می‌شود.
مشخصه‎های آنزیم در اصل شبیه به ATGL است. بالاترین فراوانی mRNA و پروتئین در بافت‌های سفید و قهوه ای چربی‌ها یافت می‌شود. در بسیاری از بافت ها و دیگر سلول‌ها، از جمله عضلات، پانکراس سلولی بتا، سلول‌های استروئیدساز و ماکروفاژها، ژن HSL کم است. برخلاف لیپاز تری‌گلیسرید چربی که دارای آنزیم ارتولوگ در همه یوکاریوتها هستند، لیپاز حساس به هورمون کمتر از همه جای دیگر در این منطقه موجود است؛ به عنوان مثال هیچ نوع پروتئین ارتولوگی در مگس میوه، کرم الگانس و ساکارومایسس سرویزیه و پرندگان شناسایی نشده است. در نهایت، بر خلاف ATGL، هیچ جهشی در ژن HSL در انسان مشاهده نشده است.

سه منطقه عملکردی در ساختار پروتئین شناخته شده‌اند:

• دامنه ترمینال N‏‏، که باعث ایجاد واکنش در آنزیم، اتصال لیپیدی و تعامل با FABP4 می‌شود، پروتئینی است که باعث افزایش فعالیت کاتالیزوری HSL‏ نیز خواهد شد.
• دامنه ترمینال C که محل تجمع ساختاری بسیاری از استرازها و لیپازهاست با نام هیدرولاز α/β شناخته می‌شود و شامل سه گانه کاتالیزوری کلاسیک هیدرولاز Ser424، Asp693 و His72 در بدن انسان است و واکنش فعال دارد.
• منطقه سوم یک بخش از HSL است، در دامنه کاتالیزوری واقع شده و شامل حداقل پنج جایگاه فسفوریلاسیون، بر روی بسیاری از باقی‌مانده‌های سرین، دو تا از آن، Ser650 و Ser663، به نظر می‌رسد به ویژه برای فعالیت‌های آن مهم است.

لیپاز منو‌آسیل‌گلیسرول

پروتئین به عنوان آنزیم محدود کننده سرعت برای کاتابولیسم منو‌آسیل‌گلیسرولی شناخته می‌شود که از هیدرولیز:
• تری‌گلیسرول لیپوپروتئین پلاسما توسط لیپوپروتئین لیپاز؛
• تری‌اسیل گلیسرول درون سلولی توسط ATGL و HSL؛
• فسفولیپیدها درون سلولی توسط فسفولیپاز C و لیپاز دی‌گلیسیرید α‏ ‏ و β مشتق شده‌اند.

منو‌آسیل‌گلیسرول ‏ + H20 → اسیدهای چرب + گلیسرول

در انسان، آنزیم‌ها توسط ژن بر روی کروموزوم ‎3q21.3‎ کدگذاری می‌شوند و در همه جا با بالاترین درجه در بافت چربی دیده می‌شوند ؛ با این حال، این مقدار در سلولهای کبدی و سلول‌های عضلانی نیز قابل مشاهده‌اند. این آنزیم موضعی بر روی چربی‌های کوچک، غشای سلولی و سیتوپلاسم سوار شده‌اند.
اهمیت MGL در شکست منو‌آسیل‌گلیسرول‌ها به واسطه مطالعات انجام‌شده بر روی موش‌های جهش یافته تایید شده است: فقدان آن موجب از بین رفتن لیپولیز و افزایش سطح منو‌آسیل‌گلیسرول‌ها ‏در چربی و بافت‌های بدون چربی می‌شود. آنزیم‌های دیگر با فعالیت‌های هیدرولاز منو‌آسیل‌گلیسرول‌ها، HSL و ABHD6 هستند.
پروتئین هومولوگ به لیپوسفولیپازها، استراز و هالوپروکسیداس‌ها سود می‌رساند.
و به نظر می‌رسد که نه غلظت mRNA و نه فعالیت کاتالیزوری توسط هورمونها یا انرژی سلولی تنظیم نمی‌شود.

تنظیم هورمونی لیپولیز در بافت چربی سفید

در بافت چربی سفید، هیدرولیز تری‌اسیل‌گلیسرول در سطح چربی‌های کوچک معمولا توسط فسفریلاسیون، تعاملات پروتئین با پروتئین، و جابجایی پروتئین‌های فعال تنظیم می‌شود.

تحریک بتا آدرنرژیک

آدرنالین و گلوکاگون، در نتیجه اتصال به گیرنده‌های بتای آدرنرژیک خاص در سلولهای چربی، باعث فعال شدن ATGL و HSL می‌شوند که هیدرولیز تری‌گلیسرول را به شیوه‌ای هماهنگ کنترل می‌کنند. نقش اصلی این فرایند منجر به فعال‌سازی آنزیم ‏perilipin-1 می‌شود و چربی‌های کوچک نزدیک به پروتئین تنها در سلول‌هایی یافت می‌شوند که می‌توانند بتا آدرنرژیک را تحریک کنند. در نتیجه این تحریک، perilipin-1 در شش سرین باقیمانده توسط پروتئین کیناز ‏ A (PKA).‎‏فسفریله می‌شود.

• ATGL

در سلولهای چربی غیرتحریکی، CGI-58 در سطح چربی‌های کوچک جای گرفته است و عمدتا متصل به perilipin-1 بوده و با ATGL در تعامل نیست. در این حالت، فعالیت ATGL و در نتیجه لیپولیز در پایین‌ترین سطح خود قرار دارد. فسفوریلاسیون CGI-58 و perilipin-1 توسط PKA منجر به انتشار CGI-58 و فعال‌شدن آنزیم‌ها خواهد شد. حتی ATGL را می‌توان در حداقل دو واحد باقی‌مانده سرین، Ser404 و Ser428 فسفوریله کرد ، اما نه با PKA. با این حال، اهمیت فسفوریله‌‏کردن در تنظیم فعالیت آنزیم هنوز روشن نشده‌است.

• HSL

در بافت چربی، فعالیت HSL ناشی از گیرنده‌های بتای آدرنرژیک، توسط انسولین مهار شده است. فسفوریلاسیون باعث افزایش دو برابریِ فعالیت آنزیم‌ها می‌شود. برای فعال‌سازی کامل، آنزیم باید به چربی‌های کوچک‏ که توسط فسفریله perilipin-1 با واسطه به دست می‌آیند، دسترسی داشت. اما چگونه؟

در سلول‌های تحریک نشده، perilipin-1 فسفریله نشده است و مانع از اتصال HSL به چربی‌های کوچک می‌شود. فسفریله‌شدن، اجازه اتصال HSL‏ ‏به perilipin-1‎‏ ‏را از طریق منطقه ترمینال N پروتئینی می‌دهد و بنابراین می‌توان به چربی‌های کوچک دسترسی داشت. بنابراین، تحریک بتای آدرنرژیک، از طریق فسفوریلاسیون HSL و انتقال به سطح چربی‌های کوچک، منجر به افزایش 100 برابری فعالیت آنزیم‌ها در بافت چربی سفید خواهد شد. کینازهای دیگر مانند AMPK و یا Ca2 + / کیناز کالمودولین وابسته، باعث فسفریله ‏آنزیم‌ها و فعالیت‌ کمتر آنها میشوند.

• CGI-58‎

آدرنرژیک بتای تحریک شده، مانند سرعت آن، تاثیر کمی بر پروتئین‌های بافت چربی دارد.

مهار با انسولین

انسولین واسطه غیر فعال‌کردن لیپولیز با فعال‌کردن آن در سطح فعالیت ATGL و HSL و از طریق سیستم عصبی سمپاتیک است.

• هورمون‌ها باعث مهار ATGL و ژن HSL می‌شوند.

• این امرموجب فسفوریلاسیون و فعال شدن ایزوفرم‌های فسفودی‌استراز توسط PKB / AKT و هیدرولیز cAMP ‎ توسط فسفودی‌استرازها، غیر فعال شدن PKA و پس از آن پیشگیری از فسفوریلاسیون perilipin-1 و HSL می‌شود.

• انسولین نیز از طریق یک مکانیسم مرکزی که شامل سیستم عصبی سمپاتیک است لیپولیز را مهار می‌کند. در واقع، افزایش سطح هورمون در فسفوریلاسیون مهار perilipin-1 و HSL در مغز روی می‌دهد. علاوه بر این، انسولین باعث تحریک G0G2 خواهد شد.

تنظیمات غیر هورمونی لیپولیز در بافت چربی سفید

عوامل غیر هورمونی می‌تواند در تنظیم هیدرولیز تری‌اسیل گلیسرول نقش داشته باشد.

• تحقیقات اخیر نشان داده‌اند که تاثیر مهار زنجیره‌ی طولانی acyl-CoAs، مانند palmitoyl-CoA ‎ و oleoyl-CoA بر روی فعالیت ATGL مشخص است.

• توجه: اسید پالمتیک و اسید اولئیک دو اسید چرب فراوان در بافت چربی سفید هستند. بر طبق تعریف بیان‌شده برای

  HSL، زنجیره‌ی طولانی acyl-CoAs به عنوان یک مهارکننده غیررقابتی عمل می‌کند (شکل 3). این ممانعت ممکن است یک مکانیزم بازخوردی تاثیرگذار برای کنترل هیدرولیز تری‌اسیل‌گلیسرول و حفاظت سلول‌ها از غلظت لیپوتوکسیک مولکول‌هایی مانند دیاسیل‌گلیسرول، acyl-CoAs‏ ‏ و سرامیدها باشد.

• گیرنده تعاملی پروتئین 140 (RIP-140)، در نتیجه افزایش حجم چربی‌های سلولی، باعث تحریک لیپولیز و اتصال به perilipin-1 در چربی‌های کوچک شده و در نتیجه این تعامل با تحریک لیپولیزمتصل به perilipin-1، HSL را به چربی‌های کوچک تبدیل کرده و باعث افزایش پیچیدگی ساختار ATGL و فعال کننده آن، CGI-58، می‌شود.

لیپولیز واسطه‏ ATGL در بافت بدون چربی

ATGL و HSL در اغلب بافت‌های بدون چربی حتی به میزان کم یافت می‌شوند. حال این سوال مطرح می‌شود که آیا مداخله لیپازهای دیگر برای اطمینان از لیپولیز مناسب رخ خواهد داد. به عنوان مثال، در کبد موش‌های سریع‌ا‌لسیر، ATGL برای کمتر از 50 درصد هیدرولیز خنثی تری‌گلیسرول در نظر گرفته می‌شود، این فعالیت یک فعالیت مهم است چرا که عدم وجود آن منجر به رشد هپاتواستئاتوز خواهد شد. اما حتی در غیاب آن، یک فعالیت مثمرثمر بر روی تری‌گلیسرول‌های سلولهای کبدی حفظ می‌شود. هیچ نقص آشکاری در تولید  VLDL وجود ندارد و تجمع و ترشح آن احتیاج به فعالیت ذخایر تری‌اسیل گلیسرول کبدی دارد. در هر حال، در بافت بدون چربی، مانند عضله اسکلتی، قلب و کبد، لیپولیز واسطه ATGL مکانیسی متفاوت خواهد داشت.  Perilipin-5 جایگزین perilipin-1 می‌شود. در این میان، CGI-58 و ATGL از طریق اتصال مستقیم از دو پروتئین به لیپید تبدیل می‌شوند. نقش perilipin-5 در این مجموعه هنوز به طور کامل مشخص نیست، اما به نظر می‌رسد که از طریق تعامل چربی‌های کوچک با میتوکندری و مهار هیدرولیز تری‌اسیل‌گلیسرول واسطه‏ ATGL موثر باشد. در عضله اسکلتی، لیپاز حساس به هورمون، توسط فسفوریلاسیون فعال است و به انقباض عضله و آدرنالین عکس‌العمل نشان می‌دهد. در بافت بدون چربی فاقد perilipin-1، نقش HSL کاملا مشخص نیست و مقدار آنزیم کم است و تعامل بین HSL و لیپیدها ممکن است در تعامل با perilipin- 2 و perilipin-5 باشند.