Modulation of lipid content in beta-cells by odd-chain fatty acids

Abstract

Previous studies have shown that increased incorporation of odd chain saturated fatty acids (OCFAs) into plasma phospholipids is associated with a lower future risk of developing type 2 diabetes and that decreased levels of OCFAs are linked to increased insulin resistance. Since the β-cell plays a pivotal role in the progression of type 2 diabetes it is of interest to investigate if elevated levels of OCFAs affects the β-cells lipid content.

To facilitate these studies, we also investigated the impact of well plate size and different liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) systems on the performance of our lipid profiling method. The well plate size was investigated to determine if growth conditions were similar on each plate size by examining the relative increase in lipid response in the LC-MS system from control samples cultured on 24-, 12- and 6-well plates. In addition, possible saturation effects in the LC-MS system when increasing the number of cultured cells was also investigated. Different LC-MS systems were also investigated with respect to detectability, saturation effects and repeatability when analysing the extracted lipid mixtures.

INS-1 832/13* cells were grown until 80 % plate coverage and then treated with either palmitic acid, stearic acid or margaric acid at different concentrations for 24 hours. A control containing no fatty acids was also included in the experiment. After 24 hours the cells were harvested and the lipids extracted using a two-phase liquid-liquid extraction protocol. The lipid content was then analysed with ultra-high performance liquid chromatography-mass spectrometry (UHPLC-MS) and nanoflow liquid chromatography(nLC)-chip cube MS. Unfortunately, the similarity in growth conditions on different well plate sizes could not be determined, however, preliminary results from screening experiments suggest that increased well plate size leads to a higher signal intensity in LC-MS systems and that culturing cells on the tested well plate sizes does not saturate the nLC-MS system. In addition, it was not possible to determine the detectability, saturation effects and repeatability in nLC-chip cube system compared to UHPLC-MS due to a lack of repeated measurements imposed by time constraints. However, there was an indication that the nLC-chip cube system shows improved detection limits compared to UHPLC-MS. Statistical evaluation of the results indicate that margaric acid was efficiently incorporated into the lipidome, as suggested by increased levels of LPC (17:0), LPE(17:0) and PC(35:1). Thus, our results support the hypothesis that OCFAs affect lipid content in β-cells, but if this effect is significant in humans and if it’s important in type 2 diabetes remains to be elucidated.

*Rat insulinoma derived clonal β-cells

Popular Abstract (Swedish)

Diabetes mellitus är en av vår tids största folksjukdomar och påverkar miljontals människor runtom i världen. World health organization (WHO) uppskattade att ungefär 422 miljoner vuxna led av diabetes 2014 och att diabetes orsakade 1,5 miljoner dödsfall 2012. I Sverige beräknas ca 1 miljon människor lida av diabetes eller vara i riskzonen för att utveckla diabetes. Antalet människor som berörs att diabetes globalt har ökat sedan 1980-talet och beräknas fortsätta att öka, vilket kommer ställa höga krav på samhället i framtiden. Därmed kan grundforskning spela en central roll i hur samhället ska hantera denna utmaning genom att vidare undersöka de exakta processer som leder till utvecklingen av diabetes, vilket vi i dagsläget vet väldigt lite om. Detta kan exempelvis leda till bättre metoder för att detektera diabetes hos patienter i ett tidigare skede och nya mediciner.

Diabetes mellitus omfattar en grupp av sjukdomar som kännetecknas av onormalt höga blodsockerhalter. Kroppen reglerar blodsockerhalten genom insulin och glukagon, som produceras och utsöndras från bukspottkörteln. Insulin utsöndras från β-celler och har som funktion att sänka blodsockerhalten när den är för hög, medan glukagon utsöndras från α-celler och har som uppgift att höja blodsockerhalten när den är för låg. Typ 2 diabetes är den vanligaste typen av diabetes och orsakas framförallt av att β-cellerna inte svarar med en tillräckligt hög produktion av insulin när blodsockerhalten höjs samt att vävnaders förmåga att utnyttja den insulin som utsöndrats är nedsatt, ett tillstånd som kallas för insulinresistens. Det senare leder till att blodsockerhalten förblir hög även om det finns gott om insulin i blodet.

De exakta processerna på molekylär nivå som leder till utvecklingen av insulinresistens och typ 2 diabetes är för närvarande okända. Tidigare studier har visat att en lägre nivå av uddakolsfettsyror i blodet kan relateras till insulinresistens och att en ökad inkorporering av dessa fettsyror i fosfolipider kan kopplas till en minskad framtida risk att utveckla typ 2 diabetes. Fosfolipider omfattar en grupp av fetter som tillsammans med kolesterol bygger upp cellens membranstruktur. Därmed finns det ett intresse att studera om produktionen av fosfolipider i β-celler ändrar sig i närvaro av uddakolsfettsyror.

Den potentiella effekten som uddakolsfettsyror har på produktion av fosfolipider i β-celler undersöktes genom att jämföra hur mängden av olika fosfolipider i cellen ändrar sig när man tillsätter olika fettsyror i cellens omgivning. Därmed tillsattes uddakolsfettyran margarinsyra till en grupp med celler medan andra grupper av celler behandlades med fettsyror som inte var uddakolsfettsyror. En kontrollgrupp användes också, i vilken cellerna inte behandlades med några fettsyror. Under en viss bestämd tid fick cellerna ta upp fettsyror från omgivningen innan cellerna skördas och deras lipidinnehåll undersöks.

Då lipidinnehållet undersöks måste man ta hänsyn till att vissa lipider förekommer i högre koncentration än andra i cellerna som skördas. Detta kan leda till att vissa lipider har tillräckligt hög koncentration för att detekteras av vårt instrument medan andra lipider har för låg koncentration. Ett enkelt sätt att göra de mer sällsynta lipiderna detekterbara är att öka antalet celler, vilket leder till att mängden lipider i vårt prov blir större eftersom mer celler skördas. Att öka den totala mängden lipider kan också vara riskabelt då vårt instrument kan överbelastas till följd av ett prov med en för hög koncentration av lipider. Därmed gäller det att hitta antalet celler som ger maximal detekterbarheten av sällsynta lipider samtidigt som koncentrationen lipider inte överskrider det gränsvärdet som ges av vårt instrument. Detta undersöktes genom att sätta upp ett experiment där prover som innehåller olika mängder celler skördades. Därefter undersöktes om koncentration av lipider i de olika proverna hade en överbelastad effekt på instrumentet. Ytterligare ett sätt att öka detekterbarheten av sällsynta lipider är att byta till ett annat instrument. Därmed utförde vi också ett experiment där vi jämförde detekterbarheten av sällsynta lipider i ett prov som analyserades av två olika instrument (nanoflow liquid chromatography-mass spectrometry (nLC-MS) och ultra-high performance liquid chromatography-mass spectrometry(UHPLC-MS)).

Från det undersökta lipidinnehållet kunde totalt 28 olika typer av fosfolipider identifieras. Resultaten visade att fosfolipidnivåerna påverkas när man tillsätter fettsyror i β-cellens omgivning och att denna påverkan är beroende på vilken fettsyra som tillsätts. Vi har således visat att uddakolsfettsyror har en unik påverkar på produktionen av fosfolipider i β-cellen. Ytterligare studier krävs för att utröna om detta sker i någon större utsträckning i vår kropp och om det har någon signifikant relation till β-cellens funktion och typ 2 diabetes. Slutligen kunde vi också notera att lipidinnehållet från de olika proverna inte ledde till att vårt instrument överbelastades, vilket öppnar upp möjligheten för ökad detekterbarhet av sällsynta lipider genom att öka antalet celler till de mängder som vi utförde mätningar på. Tyvärr kunde vi inte dra några slutsatser om skillnader i detekterbarhet mellan de två undersökta instrumenten på grund av tidsbrist.

• author: Carrara Aste, Jonathan
• supervisor: Peter Spégel
• organization: Department of Chemistry
• course: KEMK06 20162
• year: 2016
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Chemistry
• keywords: analytisk kemi, analytical chemistry, β-cell, Type 2 diabetes, Odd chain saturated fatty acid, Stearic acid, Margaric acid, Palmitic acid
• language: English
• id: 8894806
• date added to LUP: 2016-11-15 14:07:12
• date last changed: 2016-11-15 14:07:12