Lysophosphatidylcholines - Physiological Functions in Skeletal Muscle Cells

Abstract

Lysophosphatidylcholines (LPC) gained particular attention in metabolomics studies as potential biomarkers for metabolic diseases like obesity, insulin resistance, and type 2 diabetes mellitus. LPC plasma levels negatively correlate with insulin resistance, inflammatory parameters, and body mass index. Aim of this thesis was to investigate the physiological role of LPCs as potential regulators of metabolism and inflammation using skeletal muscle cells as model system. Human primary myotubes (HMT) were treated with 10 μM LPC(16:0) or LPC(18:1) for 24 h which were proven not to induce cytolysis. Microarray analysis and qPCR from total RNA were performed to study LPC effects. LPC treated HMT displayed activation of peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) target genes including PDK4, ANGPTL4, PLIN2, and CPT1A. The induction of PDK4 and ANGPTL4 was sensitive to PPARδ antagonists GSK0660 and GSK3787. The increase of PDK4 was reduced by siRNA against PPARD. Luciferase assays showed activation of the ligand binding domain of PPARδ by LPCs. EMSAs demonstrated that LPCs can enhance the DNA binding activity of the PPARδ/RXRα complex. TR-FRET-based in vitro competitive binding assays displayed dose-dependent agonist displacement from the PPARδ ligand binding domain by both LPCs and by an ether analogue of LPCs proving that LPCs are direct ligands of PPARδ. The LPC analogue exhibited a robust induction of PDK4/ANGPTL4 confirming the importance of the LPC structure. Both LPCs caused the phosphorylation of AMPK. LPC(16:0) marginally increased basal glucose uptake in L6 cells and palmitate oxidation in HMT. Both LPCs could reduce ER stress and inflammation caused by palmitate. The anti-inflammatory effects of LPCs were reduced by GSK0660 treatment. In conclusion, LPCs can activate PPARδ as direct ligands and AMPK by a yet unknown mechanism in skeletal muscle cells. As a result, LPCs protect against lipotoxicity caused by palmitate. This leads to the assumption that increasing plasma LPC levels can be beneficial via activation of PPARδ resulting in anti-inflammatory and anti-diabetic effects. It is proposed that LPC levels are of pharmacological relevance.

Lysophosphatidylcholine (LPC) erhalten zunehmende Aufmerksamkeit in Metabolomics Studien, die zeigen, dass diese Lipide als potentielle Biomarker für Adipositas, Insulinresistenz und Typ 2 Diabetes mellitus fungieren können. Dabei sind Plasmaspiegel der LPCs negativ mit Insulinresistenz, Inflammation und Body Mass Index assoziiert. Ziel dieser Dissertation war es, die physiologische Funktion der LPCs anhand von Skelettmuskelzellen als Modellsystem zu erforschen. Dabei wurden humane Myotuben (HMT) für 24 h mit 10 μM LPC(16:0) oder LPC(18:1) behandelt, was nachweislich keine Zelllyse induzierte. Microarray Analysen und qPCR wurden durchgeführt um LPC Effekte zu ermitteln. Mit LPCs behandelte HMT zeigen eine Aktivierung von Peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) Zielgenen wie PDK4, ANGPTL4, PLIN2 und CPT1A. Die Induktion von PDK4 und ANGPTL4 konnte mit den PPARδ Antagonisten GSK0660 und GSK3787 gehemmt werden. Zudem reduzierte siRNA gegen PPARδ die Induktion von PDK4. Luciferase Reportergenassays zeigten die Aktivierung der Ligandenbindungsdomäne von PPARδ durch LPCs. Eine Verstärkung der PPARδ/RXRα DNA Bindung wurde in EMSAs nachgewiesen. In TR-FRET basierten Kompetitionsassays erzielten LPCs und ein Ether-Analogon der LPCs eine dosisabhängige Verdrängung eines PPAR Agonisten aus der Ligandenbindungsdomäne von PPARδ. Das LPC-Analogon rief zudem eine ausgeprägte Induktion von PDK4 und ANGPTL4 hervor und bestätigt damit die Bedeutsamkeit der LPC Struktur. Beide LPCs lösten die Phosphorylierung von AMPK aus. LPC(16:0) konnte die basale Glukoseaufnahme in L6 Zellen, sowie die Palmitatoxidation in HMT in begrenztem Ausmaß erhöhen. Beide untersuchten LPCs verminderten ER-Stress und Inflammation, ausgelöst durch Palmitat Behandlung. Die anti-inflammatorischen Effekte waren zudem GSK0660-sensitiv. Diese Arbeit zeigt auf, dass LPCs PPARδ als direkte Liganden aktivieren und AMPK durch noch unbekannte Mechanismen in HMT stimulieren. Als Konsequenz schützen LPCs vor Lipotoxizität, hervorgerufen durch Palmitat. Das führt zu der Annahme, dass erhöhte Plasma-LPC Spiegel positiv einzustufen sind, da durch sie PPARδ aktiviert wird, was anti-inflammatorische und anti-diabetische Effekte erzeugt. LPC Plasmaspiegel könnten daher von pharmakologischer Relevanz sein.