Lipidhomöostase bei S1P-Lyase-Defizienz in Maus und Mensch
Authors:   , Spohner Anna Katharina 
Published: May 2022

Sphingosin 1 Phosphat (S1P) ist ein wichtiger Lipidmediator, der über G Protein gekoppelte Rezeptoren und intrazelluläre Wirkungen vielfältige Wirkungen auslöst und eine Rolle bei der Lymphozytenzirkulation, der Erhaltung der endothelialen Barriere, bei Entzündungsprozessen und Tumorwachstum spielt. Die S1P Lyase (Sgpl1) katalysiert den irreversiblen Abbau von S1P und damit den letzten Schritt des Sphingolipidkatabolismus‘. Ein Fehlen der Sgpl1 bewirkt eine Akkumulation von S1P und anderen Sphingolipiden im Blut und Gewebe, was multiple Organschäden zur Folge hat. Menschen mit S1P Lyase Insuffizienz Syndrom (SPLIS) leiden insbesondere unter steroidresistentem nephrotischem Syndrom, Nebennierenrinden-insuffizienz und neurologischen Störungen. Weitere mögliche Symptome sind Lymphopenie, Hautveränderungen und Dyslipidämien. S1P Lyase defiziente Mäuse weisen sehr ähnliche Organschädigungen auf. An Sgpl1 Knockoutmäusen war zuerst die massive Akkumulation nicht nur von Sphingolipiden, sondern auch von Cholesterin und Triglyceriden in Blut und Leber aufgefallen. Auch bei SPLIS Patienten wurde eine Hypercholesterinämie beobachtet. Um die Kreuzregulation des Sphingolipid- und Cholesterinmetabolismus besser zu verstehen, sollte die Rolle der Sgpl1 in der Leber, dem Hauptort des Lipidmetabolismus, untersucht werden. Hierzu sollte ein Mausmodell mit einem hepatozytenspezifischen Sgpl1 Knockout (Sgpl1HepKO) etabliert und charakterisiert werden. Dies wurde durch Kreuzen von Sgpl1fl/fl-Mäusen mit Mäusen, welche die Cre-Rekombinase unter dem Albuminpromoter exprimierten, erreicht. Die basale Charakterisierung zeigte, dass diese Mäuse im Gegensatz zu globalen Sgpl1 Knockoutmäusen sowohl im Alter von acht Wochen, als auch im Alter von acht Monaten einen unauffälligen Phänotyp aufwiesen. Das äußere Erscheinungsbild inklusive Leber und Körpergewicht, das Blutbild, die Leberenzyme sowie die Histologie der Leber waren unverändert. Die Analyse der Leberlipide mit Hilfe von Hochleistungsflüssigkeits-chromatographie gekoppelt mit einer Tandem Massenspektrometrie zeigte eine signifikante Akkumulation (≈1,5 2 fach) von S1P, Sphingosin und Ceramiden, aber nicht von Glucosylceramiden und Sphingomyelin in der Leber. Messungen im Plasma zeigten eine Erhöhung mehrerer Ceramide, während der S1P Spiegel normal war. Ferner zeigten Untersuchungen der Galle signifikant erhöhte Konzentrationen an S1P, Dihydro S1P und Glucosylceramiden, jedoch unveränderte Ceramide. Die Ergebnisse legen folgende Schlussfolgerungen nahe: 1. In der Leber kann mit Hilfe von Ceramidsynthasen akkumulierendes Sphingosin in Ceramide umgewandelt werden, welche anschließend ins Blut sezerniert und letztendlich vermutlich von anderen Zellen verstoffwechselt werden. Außerdem ist nicht ausgeschlossen, dass S1P ebenfalls ins Blut sezerniert und dort effektiv abgebaut wird, so dass die S1P Konzentration im Plasma unverändert bleibt. 2. S1P sowie Glucosylceramide werden an die Galle abgegeben und ausgeschieden. 3. Die Sgpl1 in der Leber ist nicht essentiell für die Regulation des Plasma S1Ps, was zuvor vermutet worden war Eine Analyse der Sterole zeigte in Sgpl1HepKO Mäusen erhöhte Spiegel an Cholesterin und Desmosterol in der Leber. In Übereinstimmung mit der erhöhten Proteinexpression des low density lipoprotein (LDL ) Rezeptors und erniedrigten Konzentrationen des LDL Cholesterins im Plasma, deuten diese Daten auf eine erhöhte Aufnahme von LDL Cholesterin durch die Leber hin. Untersuchungen in der Leber sowie mit primären Hepatozyten zeigten im Gegensatz zu globalen Sgpl1 Knockoutmäusen keine Veränderungen der Peroxisomen-Proliferator-aktiviertem Rezeptor γ Expression. Weitere Gene mit zentraler Rolle wie der Liver X receptor oder die Fettsäuresynthase, waren ebenfalls nicht reguliert. Dieser im Vergleich zu globalen Sgpl1-Knockoutmäusen milde Phänotyp lässt sich durch die deutlich geringere Akkumulation von Sphingolipiden aufgrund der oben beschriebenen Kompensations-mechanismen in Sgpl1HepKO Mäusen erklären. In weiteren Untersuchungen sollten die Auswirkungen einer Sgpl1-Defizienz an Fibroblasten untersucht werden. Hierzu standen embryonale Fibroblasten aus Sgpl1 Knockoutmäusen zur Verfügung (Sgpl1-/- MEFs). In einer Kooperation mit Dr. Janecke von der Universität Innsbruck standen außerdem humane Fibroblasten eines SPLIS Patienten zur Verfügung. An Sgpl1-/- MEFs war zuvor eine gestörte Calciumhomöostase festgestellt worden, welche sich durch eine erhöhte zytosolische Calciumkonzentration und vermehrte Calciumspeicherung im Endoplasmatischen Retikulum und in Lysosomen auszeichnete. Die Plasmamembran-Calcium ATPase (PMCA) trägt an Fibroblasten entscheidend zur Regulation der zytosolischen Calciumkonzentration bei. Ihre Expression auf Proteinebene war jedoch in Sgpl1-/- MEFs nicht verändert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde durch eine Immunfärbung erstmals festgestellt, dass die PMCA in Sgpl1-/- MEFs nicht vollständig an der Plasmamembran lokalisiert war. Dies könnte der Grund für die erhöhte zytosolische Calciumkonzentration in den Zellen sein. ...