Advanced

Hormone-Sensitive Lipase and the Pancreatic Beta-Cell

Lindvall, Håkan LU (2004)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Arbetet med denna avhandling har handlat om hormon-känsligt lipas (HKL) och dess roll i β-cellerna, som producerar insulin och finns i bukspottskörteln. För att senare kunna beskriva vad vi har kommit fram till och vad det kan innebära, kommer jag först att kort beskriva HKL och sjukdomen diabetes.



Hormon-känsligt lipas



Hormon-känsligt lipas (HKL) är ett enzym, som finns inuti kroppens celler. Enzymer är proteiner, som katalyserar kemiska reaktioner. Detta betyder att de höjer hastigheten i en viss reaktion genom interaktion med de reagerande substanserna, men förblir själva oförändrade. Enzymet HKL och alla andra lipaser katalyserar nedbrytning av fett och... (More)
Popular Abstract in Swedish

Arbetet med denna avhandling har handlat om hormon-känsligt lipas (HKL) och dess roll i β-cellerna, som producerar insulin och finns i bukspottskörteln. För att senare kunna beskriva vad vi har kommit fram till och vad det kan innebära, kommer jag först att kort beskriva HKL och sjukdomen diabetes.



Hormon-känsligt lipas



Hormon-känsligt lipas (HKL) är ett enzym, som finns inuti kroppens celler. Enzymer är proteiner, som katalyserar kemiska reaktioner. Detta betyder att de höjer hastigheten i en viss reaktion genom interaktion med de reagerande substanserna, men förblir själva oförändrade. Enzymet HKL och alla andra lipaser katalyserar nedbrytning av fett och frisätter således fettsyror.



HKL är unikt bland lipaser, såtillvida att dess aktivitet kan styras från ögonblick till ögonblick. Detta sker när hormoner i blodet binder till receptorer på cellens yta. I kroppen har det här betydelse i flera situationer. När vi har ätit och har mycket näring behöver vi inte använda energi från våra lager (alltså fettvävnaden) och HKL inaktiveras då av hormonet insulin. När vi fastar behöver vi ta av våra förråd. Då är HKL aktivt, bryter ned fett och släpper ut fettsyror i blodet. När vi fastar finns nästan inget insulin i blodet, men däremot glukagon, som aktiverar HKL.



Diabetes



Diabetes är en sjukdom, som beror på insulinbrist. Insulin signalerar att det finns gott om näring i blodet och talar om för cellerna att de ska lagra socker och fett. Det finns två huvudgrupper av diabetes, typ 1 och typ 2. Typ 1 diabetes är en autoimmun sjukdom där insulin saknas helt därför att kroppen har förstört sina insulinproducerande celler, β-cellerna. Typ 2 diabetes är en sjukdom som karakteriseras av två saker: Kroppens vävnader är mindre känsliga för insulin och β-cellerna utsöndrar för lite insulin i relation till det ökade behovet. Typ 2 diabetes är en mycket komplex sjukdom. Vi vet mycket om hur den yttrar sig, men vi vet inte exakt vad som orsakar den. Arvsanlagen spelar en stor roll. Om en tvilling har sjukdomen är det mer än 90 % risk att den andra tvillingen får den också, men det betyder inte att 90 % av orsakerna är genetiskt betingade. Vi ärver ju inte bara gener utan även beteende av våra föräldrar. Risken att drabbas av diabetes är starkt kopplad till fetma och alltså beror sjukdomsutvecklingen också på födointag och aktivitet.



Fetma ger upphov till insulinresistens i kroppens vävnader. Det har även upptäckts att fetter kan påverka β-cellerna på olika vis. Fettsyror stimulerar insulinsekretionen i det korta loppet, men vid långvarig exponering skadar de β-cellerna. Fetter kan alltså vara ensam orsak till de båda defekter, som ses vid typ 2 diabetes.



Vad har vi kommit fram till?



Effekterna av fett i β-cellerna skapar ett intresse för att veta mer om fetthanteringen i β-cellen. Eftersom vår grupp huvudsakligen sysslar med forskning kring HKL var det naturligt att först ta reda på om HKL finns i β-cellerna (artikel I). De tekniker vi använt är många. Vi har använt material som spänner mellan DNA och hela djur. Vi har studerat HKL från gennivå till färdig genprodukt, dvs. protein. Vi har tillverkat verktyg för studier av HKL, såsom virus för uttryck av HKL inuti celler och virus för renframställning av HKL. Vi har även tillverkat antikroppar i kanin mot olika delar av HKL för identifiering av HKL i olika sammanhang. I artikel II visar vi med hjälp av flera tekniker att tillverkningen av HKL ökar i β-celler, som utsätts för hög glukoskoncentration, som vid diabetes. Detta kan mätas båda i mängden genkopia (mRNA), färdigt protein och enzymaktivitet. Vi kunde också visa att den här effekten sannolikt beror på ökad tillverkning av genkopian. I artikel IV visar vi att en del av den mänskliga HKL-genen har förmåga att öka produktionen av mRNA vid hög glukoskoncentration. Detta är en möjlig molekylär förklaring till fynden i artikel III. Betydelsen av dessa fynd är hittills osäker. Generellt kan man säga att det inte verkar ändamålsenligt för celler att tillverka mer fettnedbrytande protein när det finns mycket glukos, eftersom de då egentligen inte behöver ta av sina förråd. Man kan anta att uppregleringen av HKL inte har med ämnesomsättningen att göra, utan snarare har en signalerande funktion för insulinsekretionen, som ju kan påverkas av fettsyror. I artikel III undersöker vi en genetiskt manipulerad mus, som har 50 ggr mer HKL i sina β-celler än normalt. Dessa djur är i stort sett normala, men om de matas med mycket fettrik kost utvecklar de diabetes, vilket inte normala möss gör. Sannolikt beror detta på att när de äter mycket fett lagras fettet inte bara i fettväven, utan även i andra vävnader. När β-cellerna får större fettförråd och mycket HKL är närvarande får man en väldig omsättning av fett inuti cellen och detta kan vara toxiskt. En möjlig mekanism för denna toxicitet redovisas i samma arbete, nämligen ökad mängd urkopplande protein 2 (UCP2), ett enzym som minskar effektiviteten i cellens metabolism och därmed minskar β-cellens insulinsekretion vid en given glukoskoncentration. I artikel I framförs bevis för att proteinet HKL är något större i β-cellen än i fettcellen och i artikel IV visar vi vilken del av HKL-genen, som är ansvarig för denna storleksskillnad. Samma variant av HKL förekommer även i binjurar, äggstockar, tunntarm och fettceller, som uttrycker två former av HKL. Om denna större HKL-variant har andra egenskaper än de tidigare kända vet vi ännu inte. I artikel IV visar vi också, med hjälp av elektronmikroskopi, att HKL befinner sig i små ansamlingar i närheten av insulinblåsorna inuti β-cellen i råtta. Vi föreslår att HKL här utövar någon funktion i mobiliseringen av insulinblåsorna vid insulinsekretion. Sammanfattningsvis har detta arbete bidragit till kunskapen om metabolism av fett i β-celler och mer specifikt om HKL i β-cellerna. Detta kommer att ha betydelse i forskning kring insulinsekretionens funktion och dysfunktion, i vilka fettsyror och andra lipidformer spelar roll. Det är även tänkbart att HKL kan utgöra ett mål för framtida behandling av diabetes och det görs för närvarande försök i läkemedelsindustrin med hämmare mot HKL. (Less)
Abstract
Hormone-sensitive lipase (HSL) is a key enzyme in fatty acid mobilization. It is acutely regulated by extracellular signals via reversible phosphorylation. In the recent past, the focus of type 2 diabetes research has moved towards the lipid component. Lipids interfere with glucose homeostasis in a multitude of ways; they can decrease insulin sensitivity of tissues and cause β-cell dysfunction. Conversely, lipids are necessary for normal β-cell function and can potentiate insulin secretion. This thesis pertains to the structure and function of HSL in β-cells, as an intracellular lipase could well have a role in normal and perturbed β-cell function. We have shown that HSL is present and active in β-cells, as a novel isozyme, slightly larger... (More)
Hormone-sensitive lipase (HSL) is a key enzyme in fatty acid mobilization. It is acutely regulated by extracellular signals via reversible phosphorylation. In the recent past, the focus of type 2 diabetes research has moved towards the lipid component. Lipids interfere with glucose homeostasis in a multitude of ways; they can decrease insulin sensitivity of tissues and cause β-cell dysfunction. Conversely, lipids are necessary for normal β-cell function and can potentiate insulin secretion. This thesis pertains to the structure and function of HSL in β-cells, as an intracellular lipase could well have a role in normal and perturbed β-cell function. We have shown that HSL is present and active in β-cells, as a novel isozyme, slightly larger than the predominant adipocyte HSL isoform. The larger size is due the inclusion of a 5’ coding exon in the HSL transcript (exon A). HSL is clustered in close association with the secretory granules within the β-cell. Furthermore, the expression of HSL is induced in β-cells when the ambient glucose concentration is elevated, as shown at transcript, protein, and activity levels. This effect is, at least partly, transcriptional and cis-acting, glucose-sensing capability has been demonstrated in sequence of the human HSL gene upstream of exon A. Investigation of transgenic mouse lines overexpressing HSL in β-cells has revealed a role for HSL in lipotoxicity, as these mice develop an insulin deficiency when challenged with a high-fat diet. Concurrently, uncoupling protein 2 is upregulated in islets of these mice, possibly causing the observed secretory defect by lowering the metabolic efficacy in the β-cells. In summary, this thesis has added to the knowledge about β-cell lipid metabolism and specifically about the structure, function and regulation of HSL in these cells. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Prof Prentki, Marc, Dept. of Nutrition, University of Montreal
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
cytogenetik, cytogenetics, Genetik, Genetics, cloning, gene expression, lipase, insulin secretion, diabetes, lipotoxicity
pages
128 pages
publisher
Department of Cell and Molecular Biology, Lund University
defense location
GK-salen, BMC, Lund
defense date
2004-01-15 10:15
ISBN
91-628-5937-4
language
English
LU publication?
yes
id
3e717cbc-2f3a-4c40-b67b-5e0b07e2dcdb (old id 466659)
date added to LUP
2007-09-25 13:51:42
date last changed
2016-09-19 08:45:12
@misc{3e717cbc-2f3a-4c40-b67b-5e0b07e2dcdb,
  abstract     = {Hormone-sensitive lipase (HSL) is a key enzyme in fatty acid mobilization. It is acutely regulated by extracellular signals via reversible phosphorylation. In the recent past, the focus of type 2 diabetes research has moved towards the lipid component. Lipids interfere with glucose homeostasis in a multitude of ways; they can decrease insulin sensitivity of tissues and cause β-cell dysfunction. Conversely, lipids are necessary for normal β-cell function and can potentiate insulin secretion. This thesis pertains to the structure and function of HSL in β-cells, as an intracellular lipase could well have a role in normal and perturbed β-cell function. We have shown that HSL is present and active in β-cells, as a novel isozyme, slightly larger than the predominant adipocyte HSL isoform. The larger size is due the inclusion of a 5’ coding exon in the HSL transcript (exon A). HSL is clustered in close association with the secretory granules within the β-cell. Furthermore, the expression of HSL is induced in β-cells when the ambient glucose concentration is elevated, as shown at transcript, protein, and activity levels. This effect is, at least partly, transcriptional and cis-acting, glucose-sensing capability has been demonstrated in sequence of the human HSL gene upstream of exon A. Investigation of transgenic mouse lines overexpressing HSL in β-cells has revealed a role for HSL in lipotoxicity, as these mice develop an insulin deficiency when challenged with a high-fat diet. Concurrently, uncoupling protein 2 is upregulated in islets of these mice, possibly causing the observed secretory defect by lowering the metabolic efficacy in the β-cells. In summary, this thesis has added to the knowledge about β-cell lipid metabolism and specifically about the structure, function and regulation of HSL in these cells.},
  author       = {Lindvall, Håkan},
  isbn         = {91-628-5937-4},
  keyword      = {cytogenetik,cytogenetics,Genetik,Genetics,cloning,gene expression,lipase,insulin secretion,diabetes,lipotoxicity},
  language     = {eng},
  pages        = {128},
  publisher    = {ARRAY(0x7332a98)},
  title        = {Hormone-Sensitive Lipase and the Pancreatic Beta-Cell},
  year         = {2004},
}