Seneszenz steigert die Lipotoxizität in primären Hepatozyten durch Einschränkung der mitochondrialen Funktion

Einleitung Zelluläre Seneszenz ist ein durch Toxine oder DNA-Schäden induzierter Zellzyklusarrest, welcher mit der Expression von Markern wie p53, p21 und γH₂A.X sowie einer Zytokinausschüttung einhergeht. Bei Fettlebererkrankungen werden vermehrt Seneszenzmarker in der Leber nachgewiesen und in präklinischen Studien führten Senolytika zu einer reduzierten Fettakkumulation in Hepatozyten.

Ziele Die molekularen Mechanismen, welche den Zusammenhang zwischen Leberzellverfettung und zellulärer Seneszenz erklären, sollen in dieser Studie untersucht werden, um Seneszenz als potenzielles therapeutisches Target für Fettlebererkrankungen zu evaluieren.

Methodik: Primäre Hepatozyten wurden aus C57BL/6J Mäusen isoliert und über Nacht kultiviert. Es folgten 24 h Inkubation mit Seneszenz-induzierendem H₂O₂ (oxidativer Stress) und weitere 24 h mit freien Fettsäuren (FFS): Öl- (OA, ungesättigt) oder Palmitinsäure (PA, gesättigt) oder ihrer 1:1 Mixtur (MIX). Verfettete und seneszente Zellen wurden überdies 24 h mit Dasatinib und Quercetin (D+Q, Senolyse) behandelt. Intrazelluläre Lipide wurden mittels Oil Red O-Färbung (ORO) und die Seneszenzmarker p53, p21 und γH₂A.X durch Immunfluoreszenz nachgewiesen. Die mitochondriale Funktion wurde per XFe-Seahorse-Analyser unter Zugabe von 10 mM Glucose, 2 mM Pyruvat und 1 mM Glutamin ermittelt.

Ergebnis Die Inkubation der Hepatozyten mit FFS steigerte die intrazelluläre Fettakkumulation, OA und MIX um das 4-fache (p<0.05), PA um das 3-fache (p<0.0005). Die OA- und MIX-Behandlung führte zur vermehrten Expression von p53, p21, γH₂A.X (1.25-fach, p<0.05), PA dagegen senkte sie um die Hälfte (p<0.005). Verglichen mit nicht-seneszenten Kontrollen, zeigten H₂O₂ vorbehandelte, seneszente Zellen nach Inkubation mit FFS tendenziell mehr Steatose sowie ein erhöhtes p53 und γH₂A.X (p>0.05) ([Abb. 1a]). Seneszente Zellen wiesen eine reduzierte zelluläre Respiration (Glykolyse und oxidative Phosphorylierung) auf, welche durch zusätzliche FFS-Gabe aggraviert wurde. Senolyse (D+Q) führte zu einer Steigerung der zellulären Respiration in seneszenten und verfetteten Hepatozyten ([Abb. 1b]).

Abb. 1  

Schlussfolgerung Zelluläre Seneszenz reduziert die mitochondriale Funktion in Hepatozyten und verstärkt dadurch die Akkumulation von Fett und Toxizität von Fettsäuren. Senolytika haben das Potential, die metabolische Funktion von Hepatozyten zu stabilisieren. Dieses therapeutische Potential soll nun in weiteren präklinischen Studien untersucht werden.

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Article published online:
28 August 2023