Novo o vlogi holesterola v jetrih in imunskem sistemu

Holesterol že od odkritja leta 1769 velja za molekulo, polno nasprotij, in je še danes predmet številnih raziskav. Zato ne preseneča, da je bilo za širše področje raziskav holesterola doslej podeljenih kar trinajst Nobelovih nagrad. Zadnja izmed nagrajencev, Michael S. Brown in Joseph L. Goldstein, sta v nagovoru leta 1985 holesterol označila celo za »najbolj odlikovano in raziskano majhno molekulo v biologiji«.

Toda na številna vprašanja še danes nimamo celostnih odgovorov. Kako porušeno ravnovesje holesterola vpliva na razvoj bolezni sodobnega sveta, kakršne so demenca, sladkorna bolezen, rak in nealkoholna maščobna bolezen jeter? Se pri teh boleznih ženske na neravnovesje holesterola odzivajo drugače kakor moški? Kakšna je vloga zelo zapletene in razvejene poti sinteze holesterola v celicah, če ga lahko enostavno pridobimo iz prehrane?

Holesterol ima v širši javnosti pogosto negativen prizvok, saj je dejavnik tveganja za srčno-žilna obolenja. Manj pa je znano, da brez holesterola ni življenja. Razvoj zarodka se namreč ustavi, če se pojavijo genetske okvare v tvorbi holesterola, ali pa se otroci rodijo s hudimi telesnimi in duševnimi okvarami. Ker ima holesterol po eni strani nepogrešljivo vlogo, po drugi strani pa so presežne vrednosti škodljive, so se razvili zapleteni mehanizmi njegovega uravnavanja.

Najpomembnejšo vlogo v tem procesu imajo jetra, kjer se holesterol lahko tvori ali pa se izloča s pretvarjanjem v žolčne kisline. Neravnovesje holesterola lahko privede do številnih bolezni. Ena od njih je nealkoholna maščobna bolezen jeter ali NAFLD (non-alcoholic fatty liver disease), ki se v razvitem svetu pojavlja že pri vsakem tretjem človeku in je tesno povezana z naraščajočo debelostjo. NAFLD zajema več bolezenskih stopenj, od pretežno neškodljive zamaščenosti do vnetja in fibroze, kar lahko privede do ciroze in raka jeter. Vzroki za napredovanje bolezni še niso razjasnjeni.

Razlike po spolu

V naši raziskovalni skupini se ukvarjamo z mehanizmi in posledicami motenj v sintezi holesterola. V sodelovanju s prof. dr. Simonom Horvatom z Biotehniške fakultete UL smo razvili transgensko miš, ki smo ji v jetrih izbili gen za enega od encimov sinteze holesterola – lanosterol 14 alfademetilazo (CYP51). Mišim so se povečala jetra, kar je prvi znak jetrnega obolenja.

Podrobnejši pregled je razkril, da je prišlo do pomnoževanja celic drobnih žolčnih vodov, ki v jetrih predstavljajo zarodne celice in se aktivirajo, če je okrnjena normalna regenerativna sposobnost jeter. Do poškodbe in odmiranja jetrnih celic (hepatocitov) je prišlo zaradi kopičenja vmesnih produktov sinteze holesterola (sterolov), zaradi pomanjkanja holesterola pa se odmrle celice niso nadomestile. Motnji sinteze holesterola sta sledili vnetje in fibroza, medtem ko klasične zamaščenosti jeter nismo opazili.

Raziskave na molekularni ravni, vključno z analizo transkriptoma z mikromrežami, so pokazale, da zmanjšana količina skladiščenega holesterola v obliki estrov ustavi celični cikel hepatocitov in aktivira deljenje zarodnih celic jeter, povišana količina vmesnih produktov sinteze holesterola pa privede do stresa endoplazemskega retikuluma. Miši ženskega in moškega spola so se na motnjo odzvale različno. Medtem ko so samice zmanjšale intenzivnost presnove nekaterih osnovnih celičnih gradnikov, kot so aminokisline in maščobne kisline, smo pri samcih opazili močnejši imunski odziv.

Z našimi raziskavami smo pokazali, da je okvarjena sinteza holesterola med vzroki za spolne razlike v pojavnosti in napredovanju nealkoholnih bolezni jeter. Ne glede na razlike med modelnimi organizmi in človekom ima porušeno jetrno ravnovesje holesterola tudi pri ljudeh verjetno pomembno vlogo, predvsem pri kasnejših stopnjah razvoja NAFLD.

Spolne razlike v prilagoditvah pa opozarjajo na nujno upoštevanje spola pri diagnozi, spremljanju in zdravljenju različnih jetrnih obolenj. Seveda moramo biti pri tolmačenju rezultatov previdni, saj se presnova holesterola pri miših v nekaterih pogledih razlikuje od ljudi.

Ključna vloga pri zorenju imunskih celic

Zanimivo je tudi vprašanje, ali imajo vmesni produkti sinteze holesterola kakšne dodatne vloge, še posebej v drugem delu te poti, ko je že oblikovan steroidni skelet. V preteklih raziskavah smo namreč že pokazali, da imata dva sterola na poti proti holesterolu vlogo v zorenju spolnih celic. Novi izsledki pa kažejo na ključno vlogo tovrstnih sterolov tudi v zorenju celic imunskega odziva. Razumevanje, kako limfociti T dozorijo in nas branijo pred patogeni, je bistvenega pomena, saj lahko ob napačnih signalih napadejo nam lastne celice in tako povzročijo nastanek avtoimunskih bolezni.

Razvoj imunskih celic in številne druge procese v telesu nadzirajo jedrni receptorji. Ti ob vezavi hormonov in drugih signalnih molekul sprožijo prepisovanje DNK, kar vodi v gradnjo proteinov kot odgovor na signale iz okolja. Za večino jedrnih receptorjev že poznamo njihove biološke vloge in molekule (ligande), ki jih aktivirajo, mnogi pa so še vedno »receptorji sirote«, ker bodisi vloga ali pa ligandi niso znani.

Receptor RORγt (receptor sirota, soroden receptorju retinojske kisline RAR) ima ključen pomen v razvoju limfoidnih celic, vendar njegovi ligandi do nedavnega niso bili znani. Z ameriškimi kolegi smo sodelovali pri raziskavi, ki je pokazala, da se na receptor RORγt vežejo različni steroli, ki nastanejo v biosintetski poti od lanosterola proti holesterolu. Virtualno rešetanje in eksperimentalno preizkušanje sta izluščila, da so prav sterolne molekule najboljši aktivatorji receptorja RORγt, pri tem pa vsi steroli niso enako učinkoviti.

Izsledki te raziskave so pomemben mejnik v razumevanju pomena sinteze holesterola. Pri sesalcih, vključno s človekom, namreč vse celice z jedrom tvorijo holesterol, hkrati pa ob tem nastajajo še drugi biološko aktivni steroli, katerih vlogo v signaliziranju smo šele začeli odstirati. Zdaj tudi lažje razumemo, zakaj holesterol iz hrane ne more nadomestiti holesterola, ki ga celice proizvedejo same.

Novi izzivi

Ob teh spoznanjih se odpirajo številna nova vprašanja. Kakšno vlogo, na primer, imajo tovrstne molekule sterolov v jetrih in drugih tkivih in ali nemara aktivirajo kak drug jedrni receptor, ki bi lahko pomembno vplival na razvoj obolenj? So v različnih celicah biološko aktivni različni steroli iz sinteze holesterola? Ali signalizacija vedno poteka neposredno prek receptorja RORγ t ali pa so pri tem udeležene še druge signalne poti? Kakor lahko razberemo, je »najbolj odlikovana in raziskana majhna molekula v biologiji« do dandanes ohranila številne skrivnosti in raziskovalcem po vsem svetu postavlja nove izzive.