Клетки тонкого кишечника транспортируют холестерин без участия везикул

Гиперхолестеринемия остается одной из главных причин развития сердечно-сосудистых заболеваний. Известно, что всасывание холестерина из пищи происходит главным образом в тонком кишечнике — это делает его перспективной мишенью терапии, направленной на снижение содержания липидов в крови. Для этого используют химические препараты, например, эзетимиб, который действует на рецептор Niemann-Pick C1 Like 1 (NPC1L1) — участник патогенеза одноименной лизосомной болезни накопления (болезнь Ниманна — Пика). При участии этого белка холестерин, находящийся в просвете кишечника, захватывается апикальной мембраной энтероцитов, а затем переносится в эндоплазматический ретикулум (ЭПР) этих клеток. Там холестерин этерифицирует цитозольная ацетил-КоА ацетилтрансфераза (ACAT2), после чего он пакуется в липопротеиновые частицы (хиломикроны) и разносится по органам и тканям.

Долгое время не удавалось понять, как именно холестерин перемещается от щеточной каемки энтероцитов (она образована микроворсинками на апикальной мембране) к ЭПР внутри клеток. Считалось, что транспорт холестерина в энтероцитах опосредован NPC1L1 и связан с везикулами. Однако новые данные, опубликованные в Science, указывают на не зависящий от везикул механизм его переноса. Такой тип транспорта обеспечивают белки семейства Aster — Aster-A, -B и -C, кодируемые генами Gramd1a, Gramd1b и Gramd1c, — они связывают холестерин и облегчают его перенос через мембрану. Эти белки содержат центральный домен ASTER с областью связывания холестерина, а также домен GRAM на N-конце и погруженный в мембрану ЭПР домен на C-конце. После связывания холестерина Aster взаимодействует с мембраной ЭПР за счет домена GRAM.

В статье описана роль белков Aster в функционировании энтероцитов тонкой кишки и системном гомеостазе холестерина. Авторы использовали культуры кишечных энтероидов — трехмерные органоиды из клеток нескольких типов, моделирующие интактный кишечник, — а также методы структурной биологии и трансгенные животные модели. Перемещение белков проследили с помощью иммунофлуоресценции, а холестерин метили радиоактивным углеродом ¹⁴C.

На мышах исследователи показали, что при добавлении большого количества холестерина в пищу Aster-B перемещается в щеточную каемку энтероцитов. В тонком кишечнике экспрессируется и Aster-B, и Aster-C (но не Aster-A), поэтому авторы нокаутировали у мышей оба гена. Прекращение транспорта холестерина в энтероцитах, который опосредован Aster и не зависит от везикул, нарушило его усвоение из пищи, несмотря на сохранение активности NPC1L1. Таким образом, перенос холестерина зависит от обоих белков.

Далее при помощи энтероидов кишечника авторы продемонстрировали, что делеция генов Aster приводит к накоплению в энтероцитах холестерина, который связывает ALOD4 (пептид бактериального происхождения, избирательно взаимодействующий с доступным холестерином в мембранах). Это говорит о нарушении переноса холестерина в ЭПР.

У нокаутированных по генам Aster мышей также стало меньше холестерина в ЭПР, его этерификация была подавлена, а транскрипция SREBP2 — активатора de novo синтеза холестерина — усилилась. На фоне дефицита Aster у животных формировались хиломикроны с пониженным содержанием этерифицированного холестерина — это защитило мышей от гиперхолестеринемии, вызванной избытком холестерина в еде.

Для ингибирования абсорбции холестерина в клинической практике используют фармакологические препараты, например эзетимиб. Авторов заинтересовала его связь с механизмом переноса холестерина белками NPC1L1 и Aster. Этого следует ожидать, ведь первый белок — известная мишень препарата. Ученые подтвердили связывание Aster-B и Aster-C с эзетимибом и получили кристаллическую структуру комплекса препарата с Aster-C в высоком разрешении (1,6 ангстрема).

На основании этих результатов авторы сделали вывод о взаимодействиях между белками Aster и NPC1L1: они заключили, что NPC1L1 переносит поступающий с едой холестерин в апикальную мембрану энтероцитов. Выходит, что он необходим для рекрутирования Aster, который затем «принимает эстафету» и переносит холестерин внутри клетки к ЭПР.

Далее в экспериментах с энтероидами (как мышиными, так и человеческими) исследователи показали, что ингибирующая Aster малая молекула AI-3d приводит к накоплению доступного холестерина в клеточной мембране. За счет этого препарат подавляет абсорбцию холестерина из пищи в тонкой кишке и снижает его концентрацию в крови — это ученые подтвердили на мышиной модели. Ингибирование белков Aster, таким образом, открывает перспективы нового метода лечения гиперхолестеринемии.

«Полученные результаты, — комментируют авторы, — подтверждают модель, в которой основной функцией NPC1L1 является обогащение плазматической мембраны энтероцитов поступающим с пищей холестерином. Такое обогащение способствует привлечению белков Aster к плазматической мембране, где они опосредуют невезикулярный транспорт холестерина в ЭР. Эти данные позволяют считать белки Aster в кишечнике ключевыми участниками процесса всасывания пищевых липидов и потенциальными мишенями для контроля холестеринового гомеостаза».

Нокаут гена в стенках сосудов подавляет образование атеросклеротических бляшек у мышей