University of Groningen The role of apolipoprotein E in the assembly and secretion of very low density lipoproteins Mensenkamp, Arjen Rutger IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 2001 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Mensenkamp, A. R. (2001). The role of apolipoprotein E in the assembly and secretion of very low density lipoproteins s.n. Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date: 16-12-2017
The role of apoe in the assembly and secretion of VLDL SAMENVATTING Vetten, en dan met name triglyceriden en cholesterol, zijn onderdeel van ons dieet en worden door het lichaam zelf gemaakt. Triglyceriden zijn een belangrijke bron van energie, en cholesterol is noodzakelijk in de opbouw en structuur van cellen en voor de aanmaak van hormonen. Vetten zijn niet oplosbaar in water; daarom worden ze door het bloed getransporteerd via een zeepachtige verbinding met eiwitten aan de buitenkant: deze deeltjes worden lipoproteïnen genoemd. Deze lipoproteïnen worden geproduceerd door de lever en door de darm. In de darm worden vetten uit het eten afgebroken en opgenomen in de darmcellen. In de darmcellen worden ze ingepakt in lipoproteïnen, de zogeheten chylomicronen. In het bloed worden de triglyceriden uit de chylomicronen opgenomen door vet- en spierweefsel, waardoor de chylomicronen kleiner worden (figuur 2 van de inleiding). De restanten van deze deeltjes, de remnants, worden door de lever opgenomen doordat één van de eiwitten op het chylomicron, de zogenaamde apolipoproteïnen, bindt aan een receptor. Dit is het apolipoproteïne E (apoe), het centrale eiwit in dit proefschrift. Om het lichaam ook tijdens vasten van vetten te voorzien, maakt de lever ook cholesterol en vetten aan. Deze worden uitgescheiden in soortgelijke lipoproteïnen, in dit geval als very low density lipoproteins (VLDL). Triglyceriden in VLDL worden, net als in chylomicronen, ook afgebroken en opgenomen door cellen in de rest van het lichaam. Hierdoor wordt het deeltje steeds kleiner, en met relatief steeds meer cholesterol. Deze deeltjes kunnen door de lever worden opgenomen via receptoren die binden aan het apolipoproteïne E of het apolipoproteïne B. Als bijna al de triglyceriden uit VLDL zijn opgenomen kan dit deeltje een LDL deeltje (low density lipoprotein) worden. Dit deeltje is rijk aan cholesterol, en is beter bekend als het zogenaamde slechte cholesterol. Dit LDL kan, wanneer het lang in het lichaam circuleert, ook worden opgenomen door kleine beschadigingen in de wand van een bloedvat. Als dit niet snel wordt verwijderd stapelt het zich op totdat er een plaque wordt gevormd: Deze kan zo dik worden dat het bloed er niet meer goed langs kan (atherosclerose). Als dit in het hart plaatsvindt heb je dus een hartinfarct. De aandoeningen vetzucht (obesitas) en suikerziekte (diabetes) hebben beide als kenmerk een toegenomen secretie van vetten (triglyceriden, cholesterol) door de lever. Hierdoor komen meer en grotere deeltjes in de bloedbaan. Dit heeft weer een verhoging van de LDL-cholesterol concentratie tot gevolg, waardoor een verhoogd risico op hart-en vaatziekten ontstaat. Het is dus van belang dat lipoproteïnen op tijd weer worden verwijderd door de lever, en daar is apoe voor nodig. Veranderingen in dit eiwit kunnen er voor zorgen dat apoe slechter aan de receptoren bindt, waardoor de lipoproteïnen langer in de circulatie 153
Samenvatting blijven. Deze mutaties ontstaan door een foutje in het DNA en zijn dus erfelijk. De hele regulatie van dit systeem wordt beschreven in hoofdstuk 1, de inleiding van dit proefschrift. In hoofdstuk 2 wordt beschreven dat apolipoproteïne E niet alleen van belang is voor de klaring van lipoproteïnen, maar dat het ook nodig is voor de productie van VLDL door de lever. Het was al eerder gepubliceerd dat muizen zonder apoe (Apoe -/- muizen) een verlaagde VLDL secretie hebben, en dat dit gepaard gaat met een vetstapeling in de lever. Als in deze muizen het humane apoe (APOE3) wordt teruggezet, heeft dat als gevolg dat de VLDL secretie weer normaal is, en dat er geen vetstapeling meer optreedt in de lever. Als dit apoe nou met behulp van een virus (gentherapie) tot hele hoge expressie wordt gebracht, resulteert dat niet alleen in een hoge apoe productie, maar ook in een extra verhoogde secretie van VLDL, tot 500% vergeleken met een normale muis. Een Apoe -/- muis heeft een extreem hoog cholesterol. Een heel klein beetje apoe kan er al voor zorgen dat het cholesterol gehalte in het bloed aanmerkelijk wordt verlaagd doordat de lipoproteïnen beter worden opgenomen door de lever. Veel meer apoe heeft tot gevolg dat er weer meer wordt geproduceerd dan kan worden opgenomen, en daardoor stijgt het cholesterol weer. Deze techniek is dus niet bruikbaar om het cholesterolgehalte in mensen te verlagen. In hoofdstuk 3 wordt de invloed van een koolhydraat dieet op de stofwisseling van vetten beschreven. Normale muizen en Apoe -/- muizen kregen een dieet met heel veel sucrose (suiker) en geen vet. Het was al bekend dat koolhydraten de lever aanzetten tot het maken van vetten en tot het uitscheiden van VLDL. Aangezien Apoe -/- muizen al een vette lever en een ernstig verstoorde VLDL secretie hebben, was de gedachte dat een koolhydraat dieet voor verdere verstoringen zou kunnen zorgen in Apoe -/- muizen, doordat de lever het vet niet meer aan zou kunnen. Dit bleek niet het geval. De VLDL secretie werd in Apoe -/- muizen op dezelfde wijze gestimuleerd door muizen sucrose te laten eten, zonder dat er verdere vervetting van de lever plaatsvond. Er blijkt dus een apoe-onafhankelijke en een apoe-afhankelijke regulatie te zijn van de VLDL secretie. Overigens bleven ook op het sucrose dieet Apoe -/- muizen een lagere VLDL secretie houden dan gewone muizen. In hoofdstuk 4 wordt een ander model beschreven: de apoe3leiden muis. ApoE3Leiden is een variant van apoe. In het gen voor apoe heeft een mutatie plaatsgevonden waardoor het apoe-eiwit slecht bindt aan de lever receptoren. Mensen met een apoe3leiden gen hebben hierdoor een verhoogd (LDL-) cholesterol en daardoor een verhoogd risico op hart- en vaatziekten. Muizen die dit gen hebben gekregen zijn hierdoor menselijker. Muizen zijn van nature ongevoelig voor ontwikkeling van atherosclerose, onder andere omdat ze een relatief hoog HDLcholesterol hebben en een erg laag LDL-cholesterol. ApoE3Leiden muizen die een dieet krijgen dat sterk lijkt op ons westerse dieet (vet- en cholesterolrijk) ontwikkelen wel 154
The role of apoe in the assembly and secretion of VLDL atherosclerose. In dit hoofdstuk laten we niet alleen zien dat plasma cholesterol concentraties afhankelijk zijn van expressie van apoe3leiden, maar dat ook de lever vetter wordt bij hogere concentraties apoe3leiden. Verder ontwikkelen zich in de lever deeltjes die apoe3leiden bevatten, waardoor de leverstructuur nog verder wordt aangetast. In hoofdstuk 5 wordt een vergelijking gemaakt tussen muizen die alleen apoe3leiden tot expressie brengen, muizen die daarnaast ook nog 1 gen hebben voor het muizen-apoe, en muizen die het normale humane apoe3 hebben. We hadden laten zien in hoofdstuk 2 dat deze in deze muizen de VLDL secretie gelijk is aan die van normale muizen, en dat deze muizen geen vette lever meer ontwikkelen. Muizen die daarentegen alleen apoe3leiden tot expressie brengen, hebben een sterk verlaagde VLDL secretie, hoog plasma cholesterol én ze ontwikkelen een vette lever. De aanwezigheid van 1 muizen apoe-gen was genoeg om de VLDL secretie te normaliseren, maar had wel als gevolg dat plasma cholesterol en vetten enorm stegen. Waarschijnlijk wordt dat verklaard door een verlaagde afbraak (hydrolyse) van de lipoproteïnen of door een nog steeds slechte klaring van de deeltjes. De leververvetting leek iets af te nemen door de aanwezigheid van het muizen apoe-gen. Dit was ten dele waar. In afwezigheid ervan is de hele lever vet, maar in aanwezigheid van het muizen apoe-gen is alleen een gedeelte van de lever nog vet. In hoofdstuk 6 wordt dieper ingegaan op een mogelijk mechanistische verklaring van de rol van apoe op de VLDL secretie. De aanmaak van lipoproteïnen is een ingewikkeld proces. In de levercel (hepatocyt) worden in het endoplasmatisch reticulum (ER) de eiwitten gemaakt die door de cel uitgescheiden moeten worden. Dat gebeurt ook met het VLDL-deeltje. Het belangrijkste eiwit in VLDL, het apolipoproteïne B (apob), wordt gemaakt in het ER. Omdat dit eiwit erg hydrofoob is, moet er meteen wat vet aan worden toegevoegd om het eiwit stabiel te houden. Als dit niet gebeurt wordt het eiwit onmiddellijk weer afgebroken. Ook worden in het ER vetdruppels gemaakt van vetten uit de wand van het ER, waarna deze aan de apob-bevattende deeltjes worden toegevoegd. Voor zowel de vorming van apob-deeltjes als voor de vorming van de vetdruppels is weer een ander eiwit nodig, MTP (microsomal triglyceride transfer protein). MTP transporteert vet van de ene plaats naar de andere. Zonder MTP zijn chylomicronen en VLDL afwezig in de bloedbaan. Voordat vetten ingebouwd kunnen worden in VLDL, moeten ze ook nog eerst nog van het celvocht (cytoplasma) naar het ER getransporteerd worden. Deze hele route, van het cytoplasma tot de assemblage van VLDL, is onderzocht in normale en Apoe -/- muizen. We hebben gevonden dat het transport van vet vanuit het cytoplasma naar het ER niet verstoord is. Ook het MTP eiwit vertoonde een normale activiteit. Aangezien de secretie van VLDL verlaagd is in Apoe -/- muizen, moet er dus ergens ophoping van vet plaatsvinden. Met electronen microscopie 155
Samenvatting was vast te stellen dat er vetophoping plaatsvindt in het ER. Het lijkt er dus op dat het vet wel het ER inkomt, maar dat het er niet meer goed uit kan komen in de vorm van VLDL. Een mogelijke rol van apoe kan dus liggen in de assemblage van het totale deeltje. Zonder apoe vindt er een minder efficiënte assemblage plaats van VLDL, waardoor er minder deeltjes worden geproduceerd. In hoofdstuk 7 tenslotte wordt de functie van apoe in de vetstofwisseling samengevat en bediscussieerd. 156