The role of phospholipid transfer protein and cholesteryl ester transfer protein in reverse cholesterol transport

In atherosclerosis, cholesterol accumulates in the vessel wall, mainly in the form of modified low-density lipoprotein (LDL). Macrophages of the vessel wall scavenge cholesterol, which leads to formation of lipid-laden foam cells. High plasma levels of high-density lipoprotein (HDL) protect against atherosclerosis, as HDL particles can remove peripheral cholesterol and transport it to the liver for excretion in a process called reverse cholesterol transport (RCT). Phospholipid transfer protein (PLTP) remodels HDL particles in the circulation, generating prebeta-HDL and large fused HDL particles. In addition, PLTP maintains plasma HDL levels by facilitating the transfer of post-lipolytic surface remnants of triglyceride-rich lipoproteins to HDL. Most of the cholesteryl ester transfer protein (CETP) in plasma is bound to HDL particles and CETP is also involved in the remodeling of HDL particles. CETP enhances the heteroexchange of cholesteryl esters in HDL particles for triglycerides in LDL and very low-density lipoprotein (VLDL). The aim of this thesis project was to study the importance of endogenous PLTP in the removal of cholesterol from macrophage foam cells by using macrophages derived from PLTP-deficient mice, determine the effect of macrophage-derived PLTP on the development of atherosclerosis by using bone marrow transplantation, and clarify the role of the two forms of PLTP, active and inactive, in the removal of cholesterol from the foam cells. In addition, the ability of CETP to protect HDL against the action of chymase was studied. Finally, cholesterol efflux potential of sera obtained from the study subjects was compared. The absence of PLTP in macrophages derived from PLTP-deficient mice decreased cholesterol efflux mediated by ATP-binding cassette transporter A1. The bone marrow transplantation studies showed that selective deficiency of PLTP in macrophages decreased the size of atherosclerotic lesions and caused major changes in serum lipoprotein levels. It was further demonstrated that the active form of PLTP can enhance cholesterol efflux from macrophage foam cells through generation of prebeta-HDL and large fused HDL particles enriched with apoE and phospholipids. Also CETP may enhance the RCT process, as association of CETP with reconstituted HDL particles prevented chymase-dependent proteolysis of these particles and preserved their cholesterol efflux potential. Finally, serum from high-HDL subjects promoted more efficient cholesterol efflux than did serum derived from low-HDL subjects which was most probably due to differences in the distribution of HDL subpopulations in low-HDL and high-HDL subjects. These studies described in this thesis contribute to the understanding of the PLTP/CETP-associated mechanisms underlying RCT.

Ateroskleroosissa verisuonten seinämiin kertyy kolesterolia pääasiassa LDL:n (low-density lipoprotein) muodossa. Verisuonten seinämän syöjäsolut eli makrofagit ottavat verenkierrosta kolesterolia sisäänsä ja muuttuvat kolesterolin täyttämiksi vaahtosoluiksi. Korkea HDL-pitoisuus verenkierrossa suojaa ateroskleroosilta, sillä HDL-hiukkaset poistavat verisuonten seinämään kertynyttä kolesterolia ja kuljettavat sitä maksaan elimistöstä poistettavaksi. Fosfolipidin siirtäjäproteiini (PLTP) muokkaa HDL-hiukkasia verenkierrossa muodostaen pieniä prebeta-HDL-hiukkasia ja suuria HDL-hiukkasia sekä ylläpitää verenkierron HDL-tasoja. Kolesteroliesterin siirtäjäproteiini (CETP) esiintyy verenkierrossa pääasiassa HDL-hiukkasiin liittyneenä ja osallistuu samalla HDL-hiukkasten muokkaukseen. Väitöskirjatyön tavoitteena oli selvittää makrofagien tuottaman PLTP:n toimintaa kolesterolin poistossa vaahtosoluista PLTP-poistogeenisten hiirten makrofagien avulla, tutkia luuydinsiirtotekniikan avulla makrofagien tuottaman PLTP:n vaikutusta ateroskleroosin kehittymiseen sekä verrata eri PLTP-muotojen, aktiivisen ja inaktiivisen, osuutta kolesterolin poistossa vaahtosoluista. Lisäksi selvitettiin CETP:n kykyä suojata HDL-hiukkasia pilkkoutumiselta. Työssä verrattiin myös matalan ja korkean HDL-pitoisuuden omaavien henkilöiden seerumien kykyä toimia kolesterolin poistossa vaahtosoluista. Väitöskirjatyössä havaittiin, että PLTP:n puuttuminen poistogeenisessä hiirimallissa vähensi kolesterolin poistumista vaahtosoluista ABCA1-proteiinin välityksellä. Luuydinsiirtotekniikalla saadut tulokset osoittivat, että PLTP:n puuttuminen makrofageista pienensi ateroskleroottisten leesioiden kokoa sekä aiheutti huomattavia vaikutuksia plasman lipoproteiinien pitoisuuksiin. Työssä osoitettiin, että vain aktiivinen PLTP-muoto lisää kolesterolin poistumista vaahtosoluista. Sekä aktiivisen PLTP:n muodostamat pienet prebeta-HDL-hiukkaset että suuret runsaasti apoE:tä ja fosfolipidejä sisältävät HDL-hiukkaset toimivat kolesterolin vastaanottajina. Myös CETP voi lisätä kolesterolin takaisinvirtausta, sillä CETP suojasi kiekkomaisten HDL-hiukkasten rakennetta ja niiden kykyä poistaa kolesterolia vaahtosoluista. Lisäksi havaittiin, että korkean HDL-pitoisuuden omaavien henkilöiden seerumi poisti kolesterolia vaahtosoluista tehokkaammin kuin matalan HDL-pitoisuuden omaavien henkilöiden seerumi. Tämä johtui todennäköisesti seerumien erilaisesta HDL-hiukkasten jakaumasta. Tämän väitöskirjatyön tulokset osoittavat, että sekä PLTP että CETP muokkaavat kolesterolin vastaanottajana toimivien HDL-hiukkasten rakennetta ja ominaisuuksia, mikä edelleen vaikuttaa kolesterolin poistoon vaahtosoluista verisuonten seinämässä.