Charakterisierung eines neuen 34-kDa Proteins aus Fettzellen

Fettgewebe, das eine zentrale Rolle im Energie-Metabolismus und der Homöostase im Körper spielt, produziert und sekretiert Peptide, Proteine, Lipide und andere Komponenten und wirkt als parakrines/endokrines Organ. Zusätzlich zu seiner zentralen Rolle im Energie-Stoffwechsel kann Fettgewebe beträchtliche Mengen an freiem (unverestertem) Cholesterin speichern, mehr als jedes andere periphere Gewebe. Die grundlegenden Prozesse, die die Entwicklung von Fettgewebe und seiner Hauptzell-Komponente, den Adipo-zyten, steuern, sind zur Zeit im Blickpunkt intensiver biochemischer und medizinischer Forschung. Trotz der schon lange bekannten Tatsache, daß Fettleibigkeit einen unabhängigen Risikofaktor für Arteriosklerose und für die damit verbundenen Erkrankungen darstellt, gibt es nur spärliche Informationen über die strukturelle Organisation von Triglyzerid-Tröpfchen. Nach dem gegen-wärtigen Stand der Wissenschaft sind die hydrophoben Triglyzerid-Cluster von einer Phospholipid- Einzelschicht und von speziellen Proteinen, sogenannten "Käfig-Proteinen", umhüllt, von denen nur wenige charakterisiert sind. Auf der Suche nach neuen Proteinen, die in der Biogenese und dem Metabolismus von Fettzell-Triglyzerid- Tröpfchen beteiligt sind, wurde von unserem Labor ein noch unbekanntes Protein aus der Hülle der Triglyzerid- Tröpfchen von differenzierten Fettzellen partiell gereinigt. N-terminale Aminosäuresequenzen wurden sowohl vom ungespaltenen Protein als auch von vier tryptischen Fragmenten dieses Proteins erhalten. Ein Peptid-Antikörper gegen eine der erhaltenen Sequenzen wurde hergestellt. Das vorliegende Projekt beschreibt Experimente zur Klonierung, Sequenzierung, Expression und intrazellulären Lokalisation des neuen 34-kDa-Proteins. Die folgenden Experimente werden vorgeschlagen: 1. cDNA-Klonierung zur Identifizierung der Primärstruktur des Proteins. 2. Expression von rekombinantem Protein in prokaryotischen und eukaryo-tischen Zellen, und Herstellung von Antikörpern. 3. Untersuchung zur gewebespezifischen Expression des Proteins. 4. Studien zur Regulation der Expression des Proteins durch Hormone. 5. Experimente hinsichtlich der intrazellulären Verteilung und möglichen Funktion durch Überexpression, bzw. Reduktion der Expression des 34-kDa Proteins. Die Anwesenheit dieses Proteins in Triglyzerid-Tröpfchen läßt eine mögliche Funktion in der Biogenese und/oder dem Metabolismus dieser Lipid-Tröpfchen vermuten. Beide potentiellen Funktionen wären besonders im Hinblick auf die Aufklärung der strukturellen Organisation von Triglyzerid-Tröpfchen bei physiologischen und pathologischen Bedingungen von besonderem Interesse.

Die Biogenese von intrazellulären Neutrallipid-Tröpfchen als Speicher-kompartments für Triglyzerid als Energiereserve bzw. für Cholesterinester zur Bereitstellung von Freiem Cholesterin für Membranbiosynthesen ist nur unzureichend aufgeklärt. Weder kennt man bisher die genaue Abfolge von Prozessen, die zur Bildung der jeweiligen Tröpfchen führen, noch sind alle Komponenten (Proteine und Lipide) beschrieben, die die wesentlichen Bausteine der "Hüllen" der entsprechenden Speichertröpfchen bilden. In diesem Projekt wurden Prozesse untersucht, die an der Biogenese der Lipid-Hülle (Lipid-Monolayer) der Neutrallipid-Tröpfchen beteiligt sind. Wir konnten zeigen, dass Fettzellen im Laufe der Differenzierung das Enzym PEMT (Phosphatidyl-ethanolamin Methyltransferase) exprimieren, dass PEMT-Aktivität in Fettzellen vorhanden ist, und dass wahrscheinlich die PEMT-Aktivität hinsichtlich der Biosynthese von speziellen Phospholipid-Spezies, die einfach-ungesättigte Fettsäuren enthalten, von besonderer Bedeutung für die Biosynthese von Lipidtröpfchen darstellt. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass Fettzellen sich bezüglich Morphologie und basaler Lipolyse deutlich verändern, wenn ein Cholin-Analog (Dimethylaminoethanol, DMAE) anstelle von Cholin für die Biosynthese von Glyzero- Phospholipiden als Precursor eingesetzt wird. DMAE wurde intrazellulär in das entsprechende Phospholipid eingebaut und vom Enzym PEMT zum Phosphatidylcholin umgesetzt. Als Folge der DMAE-Behandlung wurden die Lipidtröpfchen der Fettzellen deutlich kleiner. Die grundlegenden zellulären Funktionen (z.B. Glukose- Aufnahme) blieben nach Behandlung der Fettzellen mit DMAE jedoch unbeeinträchtigt. Diese Ergebnisse implizieren eine wichtige Funktion des Enzyms PEMT für die Biogenese von intrazellulären Lipidtröpfchen.