Langkettige ungesättigte Fettsäuren vermitteln einen Schutz gegen die Lipotoxizität in insulinproduzierenden Zellen

Fragestellung: Erhöhte Konzentrationen freier Fettsäuren können beim T2DM zu einer β-Zell-Dysfunktion und Apoptose führen. Bei der Lipotoxizität sind nur langkettige gesättigte Fettsäuren für insulinproduzierende Zellen toxisch, wohingegen langkettige ungesättigte Fettsäuren einen protektiven Effekt vermitteln. Es konnte kürzlich gezeigt werden, dass die Toxizität gesättigter Fettsäuren auf einen verstärkten peroxisomalen Stoffwechsel und eine damit verbundene erhöhte H₂O₂-Konzentration zurückzuführen ist. Der molekulare Mechanismus des protektiven Effekts ungesättigter Fettsäuren ist jedoch noch unklar.

Methodik: Die Zellvitalität von insulinproduzierenden RINm5F-Zellen wurde nach 24stündiger Inkubation mit verschiedenen Fettsäuren im MTT-Assay bestimmt. Morphologische Veränderungen von RINm5F-Zellen nach Fettsäureinkubation wurden elektronenmikroskopisch analysiert. Der Einfluss von kurzkettigen (C12:0 und C12:1) im Gegensatz zu langkettigen (C16:0 und C18:1) Fettsäuren auf die Expression der ER-Stressmarkergene BiP, CHOP und XBP-1 spliced wurde nach einer 12stündigen Inkubation durch quantitative RT-PCR ermittelt.

Ergebnisse: Die Toxizität gesättigter Fettsäuren sowie der protektive Effekt ungesättigter Fettsäuren sind abhängig von der Kettenlänge. Nur langkettige gesättigte Fettsäuren (≥ C14:0) sind toxisch, während langkettige ungesättigte Fettsäuren (≥ C18:1) protektiv sind. Kurzkettige Fettsäuren wie Dodecansäure (C12:0) und Dodecensäure (C12:1) führten ebenso wie Palmitinsäure zu einer Elongation, schwarzen Ablagerungen und Membranrupturen des Endoplasmatischen Retikulums (ER). Im Gegensatz dazu war nach einer Inkubation mit langkettigen ungesättigten Fettsäuren (≥ C18:1) das ER weitestgehend intakt. Andererseits wurde jedoch die Bildung zytosolischer Lipid-Droplets durch langkettige ungesättigte Fettsäuren beobachtet.

Die ER-Stressmarkergene BiP, CHOP und XBP-1 spliced wurden durch Palmitinsäure induziert, während Ölsäure zu keiner Veränderung der Expression führte, sondern vielmehr einen antagonistischen Effekt zu Palmitinsäure aufwies. Eine Inkubation mit den kurzkettigen Fettsäuren Dodecansäure und Dodecensäure führte ebenfalls zu keinen signifikanten Veränderungen in der Expression der ER-Stressmarkergene.

Schlussfolgerungen: Fettsäuren führen strukturabhängig zu unterschiedlichen morphologischen Veränderungen. Die beobachteten Schäden am Endoplasmatischen Retikulum (ER) durch kurzkettige Fettsäuren spiegeln sich nicht in einer gesteigerten Expression der ER-Stressmarkergene wieder, so dass diese wahrscheinlich nicht ursächlich sind für die Lipotoxizität. Der protektive Effekt von langkettigen ungesättigten Fettsäuren (≥ C18:1) hingegen ist mit der Bildung zytosolischer Lipid-Droplets assoziiert.