Die Wirkung von Palmitat und Linoleat auf die Genexpression in humanen Fibroblasten, Hepatocyten, Endothel- und glatten Gefäßmuskelzellen aus Koronararterien

Abstract

Eine Zunahme des Fettgewebes (Diabeteskranken, Übergewichtigen) führt zwangsläufig zu einer Erhöhung der freien Fettsäuren (FFA) im Blut. Daraus resultiert eine Reihe von metabolischen Funktionsstörungen. Seit der Erkenntnis, dass FFA auch tiefgreifende Effekte auf die Genexpression ausüben können, ist es wichtig herauszufinden, welche Fettsäuren welche Gene und in welchen Zellen regulieren können. Diesem Zweck dient auch die vorliegende Studie. In der präsentierten Untersuchung wurden vier verschiedene humane Zelltypen (Fibroblasten (FB), Hepatocyten (HepG2), Endothel- (CAEC) und glatte Gefäßmuskelzellen aus Koronararterien (CASMC)) mit gesättigter Fettsäure Palmitat und ungesättigter Fettsäure Linoleat für 20 Stunden inkubiert. Die Expression der am Fettmetabolismus beteiligten Gene (Delta 9-Desaturase, PPAR alpha, PPAR gamma, FATP-1, CD36, IL-6) wurde mittels Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR) bestimmt. Als interne Kontrolle der eingesetzten DNA-Menge diente humane glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. Die Identifizierung der Gene erfolgte mittels Agarosegelelektrophorese. Die Effekte von Palmitat und Linoleat in den untersuchten Geweben wurden verglichen und sowohl tabellarisch als auch grafisch dargestellt. Die statistische Analyse wurde mit Hilfe von "Student's t test" durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass Linoleat die mRNA-Expression von Delta 9-Desaturase in allen untersuchten Zellkulturen herunterreguliert, Palmitat dagegen in einem Zell-typ (CASMC) stimuliert. Die mRNA-Expression der Fettsäuren-Transportproteine FATP-1 und CD 36 wird von Linoleat nicht beeinflusst, von Palmitat jedoch in FB (FATP-1) und in CAEC (CD 36) gehemmt. Des weiteren stimuliert Palmitat die mRNA-Expression von PPAR gamma in CASMC und in CAEC sowie die mRNA-Expression von PPAR alpha in CAEC. Die mRNA-Expression von IL-6 wird von Palmitat in CAEC, CASMC, FB und von Linoleat in CASMC und FB hochreguliert.

Diese Studie hat somit gezeigt, dass sowohl gesättigte als auch ungesättigte Fettsäuren die Genexpression in verschiedenen Zielgeweben beeinflussen können. Aus diesem Grund ist es vorstellbar, dass Palmitat bzw. Linoleat die erbliche Komponente des metabolischen Syndroms aktivieren bzw. hemmen und somit für die Entstehung von Insulinresistenz, Typ-2-Diabetes, Hypertonie, Atherosklerose und anderen Krankheiten des Syndroms verantwortlich sein könnte. Um diese komplexe Hypothese jedoch zu bestätigen, sind zahlreiche umfassende Studien erforderlich.

An increase of adipose tissues (diabetic and obese individuals) leads inevitably to an elevation of plasma free fatty acids (FFA). A number of metabolic dysfunctions results. Since the finding that FFA can have far-reaching effects on the gene expression, it is very important to find out which FFA can regulate which gene and in which cells. In the present study, four different human cell types (fibroblasts (FB), hepatoma cells (HepG2), coronary artery endothelial (CAEC) and smooth muscle cells (CASMC)) were incubated with saturated fatty acid palmitate and with unsaturated fatty acid linoleate for 20 hours.The expression of genes involved in lipid metabolism (delta 9-desaturase, PPAR alpha, PPAR gamma, FATP-1, CD 36, IL-6) was determined using polymerase chain reaction (PCR). Human glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase serves as internal control of the inserted DNA-quantity. The gene identification was made using agarose gel electrophoresis. The effects of palmitate and linoleate in the investigated tissues were compared and have been shown both tabularly and graphically. Statistical analysis was done using Student's t test. The results have demonstrated that linoleate down-regulates the mRNA expression of delta 9-desaturase in all investigated cell cultures, on the other hand palmitate stimulates it in CASMC. The mRNA expression of fatty acid transport proteins FATP-1 and CD 36 is not altered by linoleate, but inhibited by palmitate in FB (FATP-1) and CAEC (CD 36). Furthermore palmitate stimulates the mRNA expression of PPAR gamma in CASMC and CAEC as well as the mRNA expression of PPAR alpha in CAEC. The mRNA expression of IL-6 is up-regulated by palmitate in CAEC, CASMC, FB and by linoleate in CASMC and FB.

Thus this study has shown that both saturated and unsaturated fatty acids can influence the gene expression in different target tissues. These data suggest that palmitate or linoleate respectively may activate or impair the genetic component of the metabolic syndrome and consequently may be responsible for development of insulin resistance, type 2 diabetes, hypertension, atherosclerosis and other diseases of syndrome. However, a number of other extensive studies are necessary to confirm this complex hypothesis.