Bedeutung reaktiver Sauerstoffspezies für die Lipotoxizität in insulinproduzierenden Zellen

Fragestellung: Beim T2DM können erhöhte Konzentrationen freier Fettsäuren zu einer β-Zell-Dysfunktion und -Apoptose führen. Die molekularen Mechanismen der Lipotoxizität sind jedoch weitgehend ungeklärt. Als mögliche Ursachen wird unter anderem die vermehrte Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) diskutiert.

Ziel der vorliegenden Studie war die Analyse der Toxizität unterschiedlicher gesättigter und ungesättigter Fettsäuren auf insulinproduzierende RINm5F-Zellen und der möglichen molekularen Mechanismen. Insbesondere sollte die Rolle einer erhöhten Sauerstoffradikalbildung und einer Entkopplung der Atmungskette in den Mitochondrien für die Lipotoxizität analysiert werden.

Methodik: Die Zellvitalität von RINm5F-Zellen sowie Superoxiddismutase (SOD)- und Katalase-überexprimierender RINm5F-Zellen wurde nach Inkubation mit unterschiedlichen gesättigten und ungesättigten Fettsäuren mittels MTT-Assay bestimmt. Der Effekt von Palmitinsäure auf die Genexpression des Entkopplerproteins 2 (UCP2) und das mitochondriale Membranpotential wurden durch quantitative Real Time PCR bzw. Färbung mit JC- 1 gemessen.

Ergebnisse: Die gesättigten Fettsäuren Palmitinsäure (EC₅₀=113µM±6) und Stearinsäure (EC₅₀=80µM±5) haben einen ausgeprägten zytotoxischen Effekt auf RINm5F-Zellen nach 24h Inkubation, während die ungesättigten Fettsäuren Ölsäure, Palmitoleinsäure, Linolsäure, γ-Linolensäure und Arachidonsäure nicht toxisch sind. Ungesättigte Fettsäuren sind vielmehr in der Lage einen signifikanten Schutz gegenüber gesättigten Fettsäuren zu vermitteln. So kann Ölsäure in einem äquimolaren Verhältnis den toxischen Effekt von Palmitinsäure vollständig aufheben.

Die zytosolischen antioxidativen Enzyme Katalase und CuZnSOD haben einen protektiven Effekt gegenüber Palmitinsäure, wohingegen die mitochondrialen antioxidativen Enzyme Mito-Katalase und MnSOD keinen schützenden Effekt zeigen. Das mitochondriale Membranpotential sowie die UCP-2 Genexpression blieben durch Palmitinsäure unbeeinflusst.

Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse zu den Katalase- und SOD-überexprimierenden RINm5F-Zellen zeigen, dass die Bildung von ROS im Zytosol und nicht im Mitochondrium bei der Lipotoxizität gesättigter Fettsäuren von Bedeutung ist. Dies ist in Übereinstimmung mit dem unveränderten mitochondrialen Membranpotentials und UCP-2 Genexpression nach Fettsäureinkubation.