Struktur-Wirkungs-Beziehungen verschiedener gesättigter und ungesättigter freier Fettsäuren mit Blick auf die lipotoxischen Mechanismen in humanen EndoC-H1-Zellen

Fragestellung:

Der Typ-2-Diabetes ist assoziiert mit chronisch erhöhten Plasmakonzentrationen freier Fettsäuren (FFAs), die zur ?-Zelldysfunktion und Apoptose führen können. Der Mechanismus der FFA-vermittelten ?-Zell-Apoptose ist jedoch nicht vollständig geklärt. Ziel dieser Studie war es daher, die zugrunde liegenden Pathomechanismen der Lipotoxizität in der humanen EndoC-?H1 ?-Zelllinie anhand von Struktur-Wirkungs-Beziehungen zu untersuchen.

Methodik:

EndoC-?H1 Gewebekulturzellen wurden mit langkettigen (LC) und sehr-langkettigen (VLC) gesättigten und ungesättigten FFAs inkubiert. Die Toxizität wurde mittels Caspase-3, organellspezifische Wasserstoffperoxidbildung durch das Wasserstoffperoxid-Sensorprotein HyPer analysiert. Lipid droplets (LDs) wurden anhand einer Oil Red O-Färbung fluoreszenzmikroskopisch bestimmt. Die ER-Stress-Gene wurden nach FFA-Inkubation durch RT-qPCR unter Verwendung spezifischer Primer quantifiziert.

Ergebnisse:

Sowohl gesättigte als auch einfach-ungesättigte FFAs (≥16 Kohlenstoffatome) waren für humane EndoC-βH1 β-Zellen toxisch. Mit zunehmender Kettenlänge stieg die Toxizität an, wohingegen mit zunehmender Anzahl an Doppelbindungen die Toxizität abnahm. Im Allgemeinen korrelierte die FFA-Toxizität mit dem Metabolismus in der peroxisomalen β-Oxidation, wobei das toxische Wasserstoffperoxid gebildet wird. Bei sehr toxischen VLC FFAs kam es zusätzlich zur signifikanten Wasserstoffperoxidbildung in den Mitochondrien. Die ER-Stressantwort wurde ausschließlich durch VLC gesättigte FFAs induziert, wohingegen LC und VLC ungesättigte FFAs diese nicht auslösten. Im Gegensatz dazu bildeten VLC gesättigte FFAs keine LDs, wogegen alle anderen analysierten LC und VLC FFAs eine signifikante LD-Bildung aufwiesen.

Schlussfolgerungen:

Diese Daten zeigen, dass die FFA-vermittelte β-Zelltoxizität von Struktur und Kettenlänge der FFAs abhängt. Sie korreliert mit dem Stoffwechsel der FFAs in der β-Oxidation und geht mit peroxisomalem, mitochondrialem und/oder ER-Stress einher. Die LD-Bildung scheint zudem eine schützende Wirkung gegenüber der Induktion der ER-Stressantwort zu haben.