Die Bedeutung des peroxisomalen Fettsäurestoffwechsels für die Lipotoxizität in insulinproduzierenden Zellen

Fragestellung: Erhöhte Konzentrationen langkettiger gesättigter Fettsäuren können beim T2DM zu einer β-Zell-Dysfunktion und -Apoptose führen, wohingegen ungesättigte Fettsäuren einen protektiven Effekt haben. Langkettige Fettsäuren können sowohl in den Mitochondrien als auch in den Peroxisomen metabolisiert werden. Während in den Mitochondrien ATP gebildet wird, entsteht als Produkt der β-Oxidation in den Peroxisomen H₂O₂. Da β-Zellen nur über eine geringe Expression an Katalase verfügen, sind sie besonders empfindlich gegenüber der vermehrten Bildung an H₂O₂. Daher war es Ziel dieser Studie, die Bildung von H₂O₂ in den Peroxisomen zu untersuchen, sowie den kettenlängenabhängigen protektiven Effekt von ungesättigten Fettsäuren und die Aktivierung verschiedener kompartimentspezifischer Initiator-Caspasen zu analysieren.

Methodik: Die Zellvitalität von insulinproduzierenden RINm5F-Zellen wurde nach 24-stündiger Inkubation mit verschiedenen Fettsäuren im MTT-Assay bestimmt. Die Aktivierung von Caspase-8, -9 und -12 wurde nach 12, 18 und 24-stündiger Inkubation mit 100µM Palmitinsäure in einem FACS-basierten Assay ermittelt. Das Fluoreszenzprotein HyPer, das eine intrazelluläre H₂O₂-Konzentrations-Messung ermöglicht, wurde spezifisch in den Peroxisomen von Katalase überexprimierenden RINm5F-Zellen überexprimiert. Die Änderungen der H₂O₂-Konzentration nach Palmitinsäureinkubation wurden mit einem Mikrotiterplatten-Fluorometer detektiert.

Ergebnisse: Der protektive Effekt von einfach ungesättigten Fettsäuren gegenüber Palmitinsäure-induzierter Toxizität war abhängig von deren Kettenlänge. Während Ölsäure (C18:1) und Palmitoleinsäure (C16:1) einen ausgeprägten protektiven Effekt aufwiesen, vermittelten Myristoleinsäure (C14:1) und Dodecensäure (C12:1) keinen deutlichen Schutz mehr. Die Todesrezeptor-spezifische Caspase-8, sowie die mitochondriale Caspase-9 und die ER-spezifische Caspase-12 waren nach 18-stündiger Palmitinsäureinkubation signifikant um 10–15% im Vergleich zur Kontrolle aktiviert mit einer verstärkten Aktivierung nach 24h. Zwischen der Aktivierung der unterschiedlichen Caspasen gab es zu keinem Zeitpunkt signifikante Unterschiede. Die H₂O₂-Konzentration, die mithilfe des HyPer-Proteins gemessen werden konnte, war infolge einer 24-stündigen Palmitinsäureinkubation signifikant erhöht. Durch eine zusätzliche Überepression von Katalase in Peroxisomen konnte dieser Anstieg signifikant reduziert werden, wohingegen eine Überexpression von Katalase in den Mitrochondrien keinen protektiven Effekt hatte.

Schlussfolgerungen: Das die analysierten Initiator-Caspasen gleichermaßen durch Palmitinsäure aktiviert wurden, deutet auf einen gemeinsamen aktivierenden Faktor hin. Durch das HyPer-Protein konnte gezeigt werden, dass es sich dabei vermutlich um peroxisomal gebildetes H₂O₂ handelt. Auch der kettenlängenabhängige protektive Effekt ungesättigter Fettsäuren deutet auf eine Beteiligung des peroxisomalen Fettsäure-Metabolismus bei der Lipotoxizität hin.