Peocolipase and enterostatin- Functions during high-fat feeding

Abstract

Enterostatin is a peptide formed in the stomach and intestine during the activation of pancreatic/gastric procolipase. Procolipase is a necessary cofactor for lipase. These two proteins contribute to the breakdown of dietary triglycerides in the intestine. Enterostatin has been found to act as a satiety factor, selectively inhibiting fat intake both through sites in the gastrointestinal tract and through sites in the central nervous system, including the hypothalamus and amygdala. In this thesis the amino acid sequence of enterostatin from rat, mouse cat and pig was determined. Rat and mouse had the sequence APGPR, while cat and pig had the sequence VPDPR. The amount of colipase in relation to lipase was also investigated and found to be 0.5 for rat and mouse and 3 in cat and pig. Enterostatin (APGPR), supplied in the food for 25 days, was found to decrease body weight and high-fat food intake in mice housed at 29°C. At the same time enterostatin increased the mRNA expression of uncoupling protein 1 (UCP1) in brown adipose tissue and the expression of UCP2 in stomach and duodenum. The tissue uptake of procolipase was examined in rat. Procolipase was taken up through active transport mechanisms by the upper gastrointestinal tract (stomach, duodenum, ileum and pancreas) as well as by the brain. The long-tem effect of high-fat feeding on the mRNA expression of pancreatic lipase and colipase was investigated. High-fat feeding decreased the mRNA expression of both lipase and colipase at the end of the experimental period. These studies show that enterostatin is involved in the long-term regulation of body weight, probably by decreasing high-fat food intake and increasing thermogenesis. Also, an alternative way for enterostatin to reach the brain was identified via the uptake of procolipase.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Fetma är ett ökande problem i många delar av världen eftersom det leder till en ökad risk för sjukdomar såsom typ 2 diabetes (åldersdiabetes) och hjärtkärlsjukdomar. Anledningen till att fetma ökar är det stillasittande liv som många lever idag i kombination med en alltför kaloririk kost. Flera studier har visat att ett ökat intag av fett inducerar fetma. Detta kan ha flera orsaker. Fett har ett högt energiinnehåll, och människor äter ofta en konstant mängd föda, varför man kommer att få i sig fler kalorier om portionen innehåller mycket fett. Fett framhäver också smaken och har visat sig påverka vårt belöningssystem, vilket leder till en önskan om mer mat. Fett i födan leder dessutom till en lägre förbränning än proteiner och kolhydrater. För att kunna ta upp fett från kosten måste det brytas ner. Detta sker i tarmen med hjälp av enzymet lipas och dess ko-faktor colipas (ett enzym är ett protein som påskyndar en reaktion och en ko-faktor är något som är nödvändigt för att enzymet skall fungera). Colipas utsöndras från bukspottskörteln i form av procolipas och klyvs i tarmen till colipas och en peptid som är fem aminosyror lång och kallas enterostatin (aminosyror är proteinernas byggstenar och en peptid är ett litet protein). Enterostatin har visat sig fungera som en mättnadssignal. När råttor får välja mellan fett, proteiner och kolhydrater, hämmar enterostatin intaget av fett, vilket tyder på att enterostatin är en specifik mättnadssignal för fett. Aptiten styrs genom ett komplext system där sensorisk information, såsom som lukt och smak, interagerar med information från magtarm kanalen och levern. Denna information skickas via vagus nerven till hjärnan, framförallt till hypotalamus. Här interagerar en rad olika peptider, såväl aptitstimulerande som aptithämmande, för att reglera intaget av föda. Enterostatin är en av dessa peptider och agerar som aptithämmare. Det har visat sig att enterostatin verkar motverkar opiatsystemet. Opiater interagerar med dopamin-systemet (dopamin är en neuro-transmittor) som är involverat vid belöning. Opiater stimulerar fettintag genom att ge en ökad belöning. Till en av de mest kända opiaterna hör morfin som verkar via m-receptorn (ett mottagar-protein). Enterostatin verkar binda till m-receptorn och hämma intaget av fett förmodligen genom att ge en minskad belöning. Energin från maten vi äter omvandlas inne i cellen, i mitokondrien (cellens energi kraftverk), till den energirika molekylen adenosin-tri-fosfat (ATP). ATP används som energi för cellens funktion. Brunt fett, som framförallt finns hos djur som går i ide, men även hos råttor och möss, innehåller mycket mitokondrier. I dessa mitokondrier finns ett protein som kallas urkopplande protein 1. Detta protein gör att det inte bildas så mycket ATP, utan att energin istället omvandlas till värme. På så sätt ökas energimetabolismen och man gör av med energi i form av värme istället för att lagra det som fett. På senare tid har man funnit proteiner med stor likhet till urkopplande protein 1, som kallas urkopplande protein 2, 3, 4, och 5. Dessa finns i många andra vävnader i kroppen och man har haft stora förhoppningar att kunna öka tillverkningen av dessa proteiner och på så sätt öka metabolismen och därmed minska upplagringen av fett, vilket skulle vara till stor fördel för folk med fetma. Det har dock visat sig att dessa urkopplande proteiner inte påverkar den totala energimetabolismen. Det är fortfarande inte klart vad dessa proteiner har för funktion, men de verkar bl.a. kunna påverka hur mycket ATP som bildas i cellerna och kan därigenom styra flera funktioner i cellen som är ATP-beroende. Genom att förstå hur enterostatin verkar skulle man kunna öka förståelsen för hur vi kan motverka fetma och dess relaterade sjukdomar. Målsättningen med min avhandling har varit att undersöka effekterna av enterostatin som gavs via födan samt studera hur procolipas regleras vid ett långvarigt intag av en diet med hög fetthalt. Målet med den första studien (artikel I) var att undersöka vilka aminosyror som ingår i sekvensen för enterostatin i olika arter. Vi fann sekvensen Alanin-Prolin-Glycin-Prolin-Arginin (APGPR) i råtta och mus samt sekvensen Valin-Prolin-Asparginsyra-Prolin-Arginin (VPDPR) i gris och katt. Tidigare studier på effekterna av enterostatin i råtta har huvudsakligen utförts med gris enterostatin (VPDPR), den förmodade rått sekvensen. Vidare studerade vi förhållandet mellan colipas och lipas och fann i råtta och mus en colipas/lipas kvot på 0,5 medan den var 3 i katt och gris. Eftersom lipas binder till colipas i ett 1:1 förhållande betyder detta att colipas är den begränsade faktorn för nedbrytning av fett i tarmen hos råtta och mus, men inte hos gris och katt där colipas finns i överskott. I den andra studien (artikel II) gav vi enterostatin (APGPR) via maten till möss som var i ett rum med temperaturen 29°C. Mössen som fick enterostatin hade ett lägre födointag och lägre kroppsvikt jämfört med kontroll möss. Vi mätte produktionen av mRNA för de urkopplande proteinerna 1 och 2. mRNA (där m står för meddelande och RNA för ribonukleinsyra) är en kopia från vårt DNA som används som mall för att göra ett protein. Vi utgick från att mängden mRNA representerar hur mycket protein som tillverkas. Mössen som fick enterostatin ökade mRNA uttrycket av urkopplande protein 1 i brun fettvävnad och urkopplande protein 2 i mage och tarm. Detta tyder på att enterostatin ökade metabolismen i dessa djur. Vi jämförde också effekten av en fet kost hos möss som fått vara vid 23°C med de som fått vara vid 29°C. Mössen åt lika mycket vid de två temperaturerna, men gick upp dubbelt så mycket i vikt vid 29°C. Detta kan förklaras av det ökade uttrycket av urkopplande protein vid 23°C. Vid 29°C är mössen i ett termoneutralt läge, det vill säga ingen energi behövs omvandlas till värme för att de skall kunna hålla kroppstemperaturen. Denna energi lagras istället som fettvävnad. Upptaget av procolipas från blodbanan studerades i artikel III. Enzymer från bukspottskörteln utsöndras till tarmen för att bryta ner födoämnen som tillförts via kosten. Normalt skall dessa enzymer inte finnas i blodbanan men man har uppmätt låga nivåer i blodbanan hos friska individer. Detta beror dels på att små mängder utsöndras direkt till blodbanan, dels på ett upptag av enzymerna från tarmen till blodet för att de skall kunna tas upp av bukspottskörteln igen och återanvändas. Vi studerade hur procolipas, modermolekylen för enterostatin, betedde sig när man injicerade den i blodbanan. Vi fann ett aktivt upptag av procolipas till magtarm kanalen, vilket tyder på att det skulle kunna återanvändas vid ett senare tillfälle. Vi fann också ett aktivt upptag till hjärnan. Detta skulle kunna vara ett sätt för enterostatin att nå hjärnan, där man visat att det har tydliga effekter på födointaget. I det sista arbetet studerade vi långtids effekterna av en fet kost. Möss fick äta en diet innehållande antingen 63% fett eller 15% fett i upp till fyra månader. Efter 13 och 57 dagar fann vi att lipas i bukspottskörteln, men inte colipas ökade av den feta dieten. Vid slutet av experimentet hade både lipas och colipas förvånande nog minskat. Vid injektion av glukos i bukhålan fick mössen med den feta kosten högre glukosnivåer i blodet jämfört med de möss som fått 15% fett i sin kost. Detta skulle kunna tyda på ett försämrat insulinsvar, såsom vid åldersdiabetes. Minskade nivåer av lipas och colipas har vi tolkat som ett sätt att minska nedbrytningen av fett i tarmen och som ett försvar mot fetman. Sammanfattningsvis har studierna i denna avhandling visat att enterostatin och dess modermolekyl procolipas spelar en viktig roll vid intag av en fettrik kost. Enterostatin verkar som en aptithämmare, medan colipas är viktig för nedbrytningen av fett och kanske också som en transportör av enterostatin till hjärnan. Framtida studier på genmodifierade möss, som saknar procolipas, kommer att ge viktig information om denna molekyl har fler uppgifter än att vara fettnedbrytande. Eftersom aptitreglering är ett mycket komplext system, med ett flertal olika peptider och neurotransmittmorer inblandade så är kunskaperna om enterostatins funktion fortfarande begränsade. Det är viktigt att poängtera att enterostatin är en av många peptider som reglerar vad och hur mycket vi äter, förmodligen via att stimulera belöningssystemet. Hos människan är ätbeteendet ännu mer komplext än i de system vi använder för att titta på födointag hos djur. Flera faktorer spelar in såsom tillgång på mat, preferenser och sociala faktorer som alla påverkar vad och hur mycket vi äter. I ett samhälle med stor tillgänglighet på mat och minskad fysisk aktivitet blir energiintaget lätt för stort och mekanismer som reglerar födointaget satta ur spel, vilket kan leda till en ökad kroppsvikt och på sikt till fetma.

• author: Rippe, Catarina
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Docent Permert, Johan, Huddinge University Hospital.
• organization: Cellular Biomechanics (research group)
• publishing date: 2002
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Basic Medicine
• keywords: Medicine (human and vertebrates), high-fat diet, obesity, lipase, uncoupling protein, procolipase, enterostatin, Medicin (människa och djur)
• pages: 128 pages
• defense location: Segerfalkssalen, Wallenberg Neurocentrum
• defense date: 2002-09-23 10:15:00
• ISBN: 91-628-5306-6
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: Rippe, C. and C. Erlanson-Albertsson. Identification of enterostatin and the relation between lipase and colipase in various species. Nutritional Neuroscience, 1: 111-117, 1998. Article: Rippe, C., Berger, K., Böiers, C., Riquier, D. and C. Erlanson-Albertsson. Effect of high-fat diet, surrounding temperature and enterostatin on uncoupling protein gene expression. Am. J. Physiol.279: E293-E300, 2000. Article: Rippe, C., Rippe, B. and C. Erlanson-Albertsson. Capillary diffusion capacity and tissue distribution of pancreatic procolipase in rat. Am. J. Physiol, 275: G1179-G1184, 1998. Article: Rippe,C., Berger, K., Mei, J., Lowe, M., and C. Erlanson-Albertsson. Effect of long-term high-fat feeding on the expression of pancreatic lipases and adipose tissue uncoupling protein in mice. Submitted to Pancreas. 2002
• id: 2a4fa6b1-6269-4aa9-955a-04fafbd584f9 (old id 464848)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:02:36
• date last changed: 2018-11-21 20:56:23