Церамиды могут быть причиной нарушений метаболизма

При метаболических заболеваниях, таких как диабет 2 типа и ожирение, в плазме крови повышается концентрация насыщенных жирных кислот, в частности, пальмитата. Считается, что пальмитат нарушает работу клеток, чувствительных к инсулину, например, клеток печени или скелетных мышц. Такой эффект называют липотоксичностью. Согласно недавним исследованиям, липотоксичность приводит к стрессу эндоплазматического ретикулума (ЭР) этих клеток.

ЭР участвует в созревании и правильном фолдинге белка. При стрессе ЭР запускается защитный сигнальный каскад, известный как unfolded protein response (UPR). В клетке при этом увеличивается количество шаперонов, ингибируется трансляция и активируется деградация полипептидов. Вместе эти процессы считаются причиной метаболической дисфункции.

Команда ученых из Великобритании, Германии и Италии расшифровала механизм действия пальмитата и описала новый путь активации стресса ЭР. Исследование проводилось на мышиных миотрубочках и человеческих миоцитах, так как скелетные мышцы служат ключевым регулятором гомеостаза организма.

Миоциты инкубировали в растворе пальмитата шесть дней. В ответ на повышенное содержание пальмитата в клетках активировались защитные сигнальные пути. Об этом свидетельствовало повышение экспрессии генов UPR, в том числе генов активирующих факторов транскрипции 3 и 4 (Atf3 и Atf4), белка теплового шока (Hspa5) и белка EDEM1 (Edem1), обеспечивающего ЭР-ассоциированную деградацию неправильно свернутых гликопротеинов.

Затем ученые проверили, может ли стресс ЭР передаваться между клетками. Для этого они инкубировали клетки шесть дней в пальмитате, потом меняли среду и оставляли культуру еще на 24 часа. В новой среде накапливались предполагаемые сигнальные метаболиты. Среду подготовили так, чтобы деактивировать белки, и обработали ею интактные миоциты. В новых клетках индуцировался ответ на стресс ЭР, что говорит о существовании сигналов небелковой природы. Ученые выяснили, что предполагаемые сигнальные молекулы весят меньше 1 кДа и имеют как гидрофобные (липиды), так и гидрофильные (другие молекулы) свойства. В дальнейших экспериментах ученые сконцентрировались на липидах.

Липидомный анализ среды, в которой инкубировались обработанные пальмитатом миоциты, выявил увеличение концентрации диацилглицеридов, лизофосфатидилхолинов и длинноцепочечных церамидов 40:1 и 42:1 (первое число отражает количестве атомов углерода, второе — количество ненасыщенных связей в молекуле). При этом только церамиды активировали UPR. Повышенный уровень церамидов наблюдался в скелетных мышцах мышей на высокожировой диете и людей с метаболическими заболеваниями, что подтверждает результаты, полученные in vitro.

Дальнейший анализ показал, что синтез церамидов запускается при индукции UPR, вызванной пальмитатом. Обработка пальмитатом активирует церамидсинтазу CerS2 в клетках — именно этот фермент отвечает за синтез церамидов 40:1 и 42:1. В активации синтеза липидов также участвует киназа Perk. Интересно, что эта киназа играет важную роль в запуске защитных сигнальных путей при стрессе ЭР.

Церамиды секретировались во внешнюю среду в составе везикул. Обработка наивных клеток церамидами приводила к увеличению внутриклеточной концентрации дигидроцерамидов. Ученые показали, что дигидроцерамиды участвуют в активации UPR, вызванной липотоксичностью.

Таким образом, авторы выявили опосредованный липидами механизм межклеточной коммуникации, связанный с UPR при стрессе ЭР. По их мнению, дальнейшие исследования в этой области помогут выявить мишени для терапии метаболических расстройств, ассоциированных с липотоксичностью.