Characteristics and functional relevance of apolipoprotein-A1 and cholesterol binding in mammary gland tissues and epithelial cells

Cholesterol in milk is derived from the circulating blood through a complex transport process involving the mammary alveolar epithelium. Details of the mechanisms involved in this transfer are unclear. Apolipoprotein-AI (apoA-I) is an acceptor of cellular cholesterol effluxed by the ATP-binding cassette (ABC) transporter A1 (ABCA1). We aimed to 1) determine the binding characteristics of (125)I-apoA-I and (3)H-cholesterol to enriched plasma membrane vesicles (EPM) isolated from lactating and non-lactating bovine mammary glands (MG), 2) optimize the components of an in vitro model describing cellular (3)H-cholesterol efflux in primary bovine mammary epithelial cells (MeBo), and 3) assess the vectorial cholesterol transport in MeBo using Transwell(®) plates. The amounts of isolated EPM and the maximal binding capacity of (125)I-apoA-I to EPM differed depending on the MG's physiological state, while the kinetics of (3)H-cholesterol and (125)I-apoA-I binding were similar. (3)H-cholesterol incorporated maximally to EPM after 25±9 min. The time to achieve the half-maximum binding of (125)I-apoA-I at equilibrium was 3.3±0.6 min. The dissociation constant (KD) of (125)I-apoA-I ranged between 40-74 nmol/L. Cholesterol loading to EPM increased both cholesterol content and (125)I-apoA-I binding. The ABCA1 inhibitor Probucol displaced (125)I-apoA-I binding to EPM and reduced (3)H-cholesterol efflux in MeBo. Time-dependent (3)H-cholesterol uptake and efflux showed inverse patterns. The defined binding characteristics of cholesterol and apoA-I served to establish an efficient and significantly shorter cholesterol efflux protocol that had been used in MeBo. The application of this protocol in Transwell(®) plates with the upper chamber mimicking the apical (milk-facing) and the bottom chamber corresponding to the basolateral (blood-facing) side of cells showed that the degree of (3)H-cholesterol efflux in MeBo differed significantly between the apical and basolateral aspects. Our findings support the importance of the apoA-I/ABCA1 pathway in MG cholesterol transport and suggest its role in influencing milk composition and directing cholesterol back into the bloodstream.

Importance of cholesterol and cholesterol transporters in the placental trophoblast during pregnancy

Membrane transporters are essential during pregnancy, being a core component of the exchange of nutrients, gases, and metabolic products between the mother and the developing fetus. Important compounds to be transported include vitamins and minerals, amino acids, glucose, as well as cholesterol. Cholesterol transport across the plasma membrane is mediated mainly by members of the ATP-binding cassette (ABC) transporter family. Cholesterol is present in every cell of the body, where it helps maintain the integrity of cell membranes and also plays an important role in cell signaling events. Cholesterol also acts as a precursor for the biosynthesis of steroids that include sex hormones, glucocorticoids, mineralcorticoids, as well as bile acids and oxysterols. Cholesterol transport is therefore crucial for a host of different physiological processes. The following chapter addresses the involvement and importance of ABC transporters in these different processes. The critical role that ABC transporters Play for a successful pregnancy outcome is highlighted by pathological processes that result malfunction of cholesterol transport during pregnancy. Avenues of future research are also described, which may help to further delineate the function and mechanism of action of ABC transporters.

Nutraceutical approach to the modulation of cholesterol metabolism: in vitro and in vivo studies

Negli ultimi anni, si sono diffusi nuove strategie per il trattamento delle malattie cardiovascolari, che possano supportare una terapia medica, o in alcuni casi, sostituirla. Infatti, l’abbandono delle terapie è il più importante problema di salute pubblica del mondo occidentale, soprattutto per le malattie croniche. Ciò è dovuto alla complessità delle terapie farmacologiche e ai numerosi e in alcuni casi gravi effetti collaterali dei farmaci somministrati. Di conseguenza, una riduzione di questi effetti migliorerebbe le condizioni di vita del paziente e quindi diminuirebbe il rischio di abbandono della terapia. Per ottenere ciò, è possibile affiancare al trattamento farmacologico una terapia nutraceutica, consistente nella somministrazione di complessi molecolari o microorganismi, provenienti da piante, latte o cibi funzionali. Lo scopo generale di questo studio è indagare le attività ipolipidemizzanti di un composto nutraceutico e di un ceppo batterio specifico nel modello animale che presenta elevati alti livelli plasmatici di colesterolo. Inoltre, sono stati analizzati gli effetti del trattamento nutraceutico sui meccanismi fisiologici che contrastano la creazione della placca aterosclerotica come l’efflusso di colesterolo dalle “foam cells” presenti nell’ateroma, o la riduzione dell’assorbimento intestinale di colesterolo. La presente tesi è divisa in due parti. Nella prima parte, abbiamo analizzato la capacità dei Bifidobacteria di ridurre i livelli di colesterolo nel medium di crescita. Dall’analisi, si è osservato che vari ceppi del genere Bifidobacteria presentano un’ampia capacità di assimilazione del colesterolo all’interno della cellula batterica, in particolare il Bifidobacterium bifidum PRL2010. Le analisi di trascrittomica del Bb PRL2010 incubato in presenza di colesterolo, hanno rivelato un significativo aumento dei livelli di trascrizione di geni codificanti trasportatori e riduttasi, responsabili del meccanismo di accumulo all’interno della cellula batterica e della conversione del colesterolo in coprostanolo. L’attività ipolipidemizzante del Bb PRL2010 è stata poi valutata nel modello murino, mostrando la modificazione del microbiota dei topi trattati dopo somministrazione del batterio in questione. Nella seconda parte del progetto di ricerca, abbiamo indagato sugli effetti di un composto coperto da brevetto, chiamato “Ola”, sull’efflusso di colesterolo di criceti trattati con questo composto nutraceutico. L’efflusso di colesterolo è il primo step del meccanismo fisiologico noto come Trasporto Inverso del Colesterolo, che consente l’eliminazione del colesterolo dalle placche aterosclerotiche, attraverso l’interazione fra le HDL, presenti nella circolazione sanguigna, e specifici trasportatori delle foam cells, come ABCA1/G1 e SR-BI. In seguito, le lipoproteine rilasciano il colesterolo alle cellule epatiche, dove è metabolizzato ed escreto attraverso le feci. Per valutare l’effetto dell’Ola sul profilo lipidico dei criceti, sono state condotte analisi in vitro. I risultati mostrano un aumento dell’efflusso di colesterolo in cellule che esprimono il trasportatore ABCA1, comparato con il gruppo controllo. Questi due studi mostrano come l’approccio nutraceutico può essere un importante modo per contrastare l’aterosclerosi. Come mostrato in letteratura, gli effetti dei composti nutraceutici sull’aterosclerosi e su altre malattie croniche, hanno portato a un ampio uso come supporto alle terapie farmacologiche, ed in alcuni casi hanno rimpiazzato la terapia farmacologica stessa.

Tracking and identifying wastewater toxicants and assessing their biodegradation products

Screening of wastewater effluents from municipal and industrial wastewater treatment plants with biotests showed that the treated wastewater effluents possess only minor acute toxic properties towards whole organisms (e.g. bacteria, algae, daphnia), if any. In vitro tests (sub-mitochondrial membranes and fish hepatocytes) were generally more susceptible to the effluents. Most of the effluents indicated the presence of hormonally active compounds, as the production of vitellogenin, an egg yolk precursor protein, was induced in fish hepatocytes exposed to wastewater. In addition, indications of slight genotoxic potential was found in one effluent concentrate with a recombinant bacteria test. Reverse electron transport (RET) of mitochondrial membranes was used as a model test to conduct effluent assessment followed by toxicant characterisations and identifications. Using a modified U.S. EPA Toxicity Identification Evaluation Phase I scheme and additional case-specific methods, the main compound in a pulp and paper mill effluent causing RET inhibition was characterised to be an organic, relatively hydrophilic high molecular weight (HMW) compound. The toxicant could be verified as HMW lignin by structural analyses using nuclear magnetic resonance. In the confirmation step commercial and in-house extracted lignin products were used. The possible toxicity related structures were characterised by statistical analysis of the chemical breakdown structures of laboratory-scale pulping and bleaching effluents and the toxicities of these effluents. Finally, the biological degradation of the identified toxicant and other wastewater constituents was evaluated using bioassays in combination with chemical analyses. Biological methods have not been used routinely in establishing effluent discharge limits in Finland. However, the biological effects observed in this study could not have been predicted using only routine physical and chemical effluent monitoring parameters. Therefore chemical parameters cannot be considered to be sufficient in controlling effluent discharges especially in case of unknown, possibly bioaccumulative, compounds that may be present in small concentrations and may cause chronic effects.

As neurotoxinas de clostridium sp.

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

Convergent genetic and expression data implicate immunity in Alzheimer's disease

Background: Late-onset Alzheimer's disease (AD) is heritable with 20 genes showing genome-wide association in the International Genomics of Alzheimer's Project (IGAP). To identify the biology underlying the disease, we extended these genetic data in a pathway analysis.

Methods: The ALIGATOR and GSEA algorithms were used in the IGAP data to identify associated functional pathways and correlated gene expression networks in human brain.

Results: ALIGATOR identified an excess of curated biological pathways showing enrichment of association. Enriched areas of biology included the immune response (P = 3.27 X 10(-12) after multiple testing correction for pathways), regulation of endocytosis (P = 1.31 X 10(-11)), cholesterol transport (P = 2.96 X 10(-9)), and proteasome-ubiquitin activity (P = 1.34 X 10(-6)). Correlated gene expression analysis identified four significant network modules, all related to the immune response (corrected P = .002-.05).

Conclusions: The immime response, regulation of endocytosis, cholesterol transport, and protein ubiquitination represent prime targets for AD therapeutics. (C) 2015 Published by Elsevier Inc. on behalf of The Alzheimer's Association.

Statut des transporteurs du cholestérol au niveau de l'intestin et du foie dans le diabète de type 2

La résistance à l’insuline et le diabète de type 2 (DT2) sont caractérisés par une hyperlipidémie. Le but de cette étude est de déterminer si le DT2 contribue au dérèglement du métabolisme du cholestérol au niveau du petit intestin et du foie du Psammomys obesus, un modèle animal nutritionnel d’induction de la résistance à l’insuline et du DT2. L’absorption intestinale du cholestérol est diminuée chez les animaux diabétiques. Cette diminution est associée à une baisse (i) de l’expression génique et protéique de NPC1-L1 qui joue un rôle primordial dans l’absorption du cholestérol au niveau des entérocytes; et (ii) de l’ARNm de l’ABCA1 responsable de l’efflux de cholestérol des cellules intestinales à l’apolipoprotéine A-I et aux HDLs. En ce qui a trait aux transporteurs SR-B1 et Annexin II, aucune différence n’a été observée au niveau intestinal. Toutefois, une diminution significative de l’expression génique de l’ABCG5, un intervenant majeur dans la sécrétion du cholestérol des entérocytes vers la lumière intestinale, est mesurée chez les animaux diabétiques. De plus, l’expression protéique est diminuée pour le PCSK9 et augmentée pour le LDLr au niveau du jéjunum, tandis que la quantité de protéine de l’enzyme HMG-CoA réductase est régulée à la baisse chez les Psammomys obesus diabétiques. Finalement, de tous les facteurs de transcription testés seule une augmentation de LXR et une diminution de PPAR/δ sont détectées au niveau de l’intestin. Au niveau hépatique, il y a (i) une augmentation de la masse protéique de NPC1-L1, SR-BI et Annexin II; (ii) une élévation l’ARNm de SR-BI; (iii) une diminution du contenu protéique de ABCG8 et de l’expression génique de l’ABCG5 et de l’ABCA1; et (iv) une élévation de l’ARNm de LXR et de PPAR/δ, tout comme une baisse de l’expression protéique de SREBP-2. Somme toute, nos résultats montrent que le développement du diabète de type 2 chez le Psammomys obesus entraîne un changement dans la machinerie intra-entérocytaire et hépatocytaire, qui mène à un dérèglement de l’homéostasie du cholestérol.

Expression of steroidogenic proteins and genes in bovine placenta from conventional and somatic cell nuclear transfer (SCNT) gestations

Pendant la grossesse, les hormones stéroïdes jouent un rôle indispensable dans la régulation des principales manifestations physiologiques telles que la reconnaissance maternelle de la gestation, la réceptivité de l'endomètre, le début du développement embryonnaire ainsi que le maintien de la gestation. Cependant, on sait très peu sur la production de ces hormones et les principaux facteurs des voies intracellulaires impliqués dans le processus de stéroïdogenèse dans le placenta bovin pendant les stades initiaux et plus avancés de la gestation. Par ailleurs, certaines anomalies du placenta chez les bovins suite à une mauvaise production de stéroïdes n'ont pas encore été démontrées. Les objectifs de cette thèse étaient donc de : 1) déterminer la présence et la localisation des principales protéines stéroïdiennes dans le placenta de bovins provenant de gestations de 50 à 120 jours, 2) comparer l'expression placentaire d'une série de gènes et de protéines stéroïdiennes entre une gestation impliquant un transfert de noyaux de cellules somatiques (SCNT) et une gestation non-clonale; 3) étudier l'impact des hormones trophiques et des seconds messagers sur la stéroïdogenèse dans le placenta bovin à 140 +10 jours de gestation. L’utilisation de techniques d’immunohistochimie, d’immunobuvardage et de PCR quantitatif nous a permis d’évaluer la présence d'un large éventail de gènes stéroïdiens (STAR, CYP11A1, HSD3B1, CYP17A1 et SCARB1) qui participent au transport du cholestérol et dans la production de différents types de stéroïdes. Dans cette thèse, nous avons démontré la capacité du placenta bovin d’initier la stéroïdogenèse au début de la gestation et nous avons également déterminé les principales cellules impliquées dans ce processus. Nous avons constaté que les tissus maternels expriment les principaux marqueurs de stéroïdogenèse suggérant une plus grande capacité stéroïdogénique que les tissus fœtaux. En outre, un modèle d'expression des protéines complémentaires stéroïdogéniques entre la caroncule et le cotylédon a été observé, indiquant que la stéroïdogenèse placentaire exige une communication cellule à cellule entre les cellules de la mère et du fœtus. Après avoir démontré les principales cellules impliquées dans la synthèse des hormones stéroïdiennes dans le placenta bovin en début de gestation, nous avons ensuite étudié les modifications possibles de la stéroïdogenèse dans les tissus SCNT cotylédonaires à 40 jours de gestation. Nous avons identifié d'importantes modifications dans l'expression des gènes STAR, CYP11A1, HSD3B1, CYP17A1, et SULT1E1. Conséquemment, nous postulons que l'expression réduite des gènes stéroïdiens peut provoquer une insuffisance de la biosynthèse des hormones stéroïdiennes, ce qui pourrait contribuer à un développement anormal du placenta et du fœtus dans les gestations SCNT à court ou long terme. Finalement, nous avons développé un modèle efficace de culture d’explants de placentome qui nous a permis d'explorer les mécanismes sous-jacents spécifiques à la stéroïdogenèse placentaire. Nous avons exploré l'effet stimulant des hormones trophiques et différents messagers secondaires sur l'expression de différentes protéines stéroïdogéniques ainsi que le taux de progestérone (P4) dans les explants de placentome. En utilisant les techniques de RIA et de PCR quantitatif, nous avons constaté que même si les analogues de l'hormone lutéinisante (hCG) ont un effet stimulant sur plusieurs gènes stéroïdiens, le calcium ionophore est le principal modulateur dans la synthèse de la P4. Ces résultats suggèrent que dans le placenta bovin, la synthèse de la P4 est modulée principalement par l'afflux de calcium intracellulaire, et apparemment les nucléotides cycliques ne semblent pas contrôler ce processus. En conclusion, cette étude contribue de manière significative à une meilleure compréhension des mécanismes d'entraînement de la synthèse des stéroïdes placentaires au début de la gestation et permet aussi d’apporter de nouveaux éclairages sur l'importance des stéroïdes placentaires dans la régulation du développement du placenta et du fœtus.

The orphan nuclear receptor NR5A2 regulates peri-ovulatory events and their consequent luteinization in mice

Le récepteur nucléaire Nr5a2, également connu sous le nom de liver receptor homolog-1 (Lrh-1), est exprimé au niveau de l’ovaire chez la souris, exclusivement dans les cellules lutéales et de la granulosa. La perturbation de Nr5a2, spécifique aux cellules de la granulosa chez la souris à partir des follicules primaires dans la trajectoire du développement folliculaire a démontré que Nr5a2 est un régulateur clé de l’ovulation et de la fertilité chez la femelle. Notre hypothèse veut que Nr5a2 régule les évènements péri- et post-ovulatoires dans une séquence temporelle lors de la folliculogénèse. Afin d'étudier l’implication de Nr5a2 lors de l’ovulation et de la lutéinisation à différents stades du développement folliculaire, nous avons généré deux modèles de souris knockout spécifiques aux cellules de la granulosa pour Nr5a2: 1) Nr5a2Amhr2-/-, avec une réduction de Nr5a2 à partir des follicules primaires et subséquents; 2) Nr5a2Cyp19-/-, avec une réduction de Nr5a2 débutant au stade antral de développement en progressant. L’absence de Nr5a2 à partir des follicules antraux a résulté en une infertilité chez les femelles Nr5a2Cyp19-/-, de même qu’en des structures non-fonctionnelles similaires aux structures lutéales au niveau des ovaires, en une réduction des niveaux de progestérone synthétisée ainsi qu’en un échec dans le support d’une pseudo-gestation. La synthèse de progestérone a été entravée suite à l’absence de Nr5a2 par l’entremise d’une régulation à la baisse des gènes reliés au transport du cholestérol, Scarb1, StAR et Ldlr, démontré par qPCR. Les complexes cumulus-oocytes des femelles Nr5a2Cyp19-/- immatures super-stimulées ont subi une expansion in vivo, mais l’ovulation a été perturbée, possiblement par une régulation à la baisse du gène du récepteur de la progestérone (Pgr). Un essai d’expansion du cumulus in vitro a démontré une expansion défectueuse du cumulus chez les Nr5a2Amhr2-/-, associée à un dérèglement de la protéine des jonctions communicantes (Gja1; Cx43). Cependant, l’expansion du cumulus chez les Nr5a2Cyp19-/- n’a pas été autant affectée. Des résultats obtenus par qPCR ont démontré une régulation à la baisse dans l’expression des gènes Areg, Ereg, Btc et Tnfaip6 chez les deux modèles de cellules ovariennes knockout à 2h et 4h post hCG. Nous avons observé que 85% des oocytes, chez les deux génotypes mutants, peuvent subir une rupture de la vésicule germinative, confirmant leur capacité de maturation in vivo. La technique d’injection intra-cytoplasmique de spermatozoïdes a prouvé que les oocytes des deux génotypes mutants sont fertilisables et que 70% des embryons résultants ont poursuivi leur développement vers le stade de blastocyste, et ce, indépendamment du génotype. En conclusion, Nr5a2 régule la fertilité chez les femelles tout au long du processus du développement folliculaire. Il a été démontré que Nr5a2 est essentiel à la lutéinisation et que sa perturbation dans les cellules somatiques ovariennes ne compromet pas la capacité des oocytes à être fertilisés. En vue d’ensemble, nous avons fourni une investigation inédite et complète, utilisant de multiples modèles et techniques afin de déterminer les mécanismes par lesquels Nr5a2 régule les importants processus que sont l’expansion du cumulus, l’ovulation ainsi que la formation du corps jaune.

Tissue-, substrate-, and site-specific characteristics of mitochondrial reactive oxygen species generation

Reactive oxygen species are a by-product of mitochondrial oxidative phosphorylation, derived from a small quantity of superoxide radicals generated during electron transport. We conducted a comprehensive and quantitative study of oxygen consumption, inner membrane potentials, and H(2)O(2) release in mitochondria isolated from rat brain, heart, kidney, liver, and skeletal muscle, using various respiratory substrates (alpha-ketoglutarate, glutamate, succinate, glycerol phosphate, and palmitoyl carnitine). The locations and properties of reactive oxygen species formation were determined using oxidative phosphorylation and the respiratory chain modulators oligomycin, rotenone, myxothiazol, and antimycin A and the Uncoupler CCCP. We found that in mitochondria isolated from most tissues incubated under physiologically relevant conditions, reactive oxygen release accounts for 0.1-0.2% of O(2) consumed. Our findings support an important participation of flavoenzymes and complex III and a substantial role for reverse electron transport to complex I as reactive oxygen species sources. Our results also indicate that succinate is an important substrate for isolated mitochondrial reactive oxygen production in brain, heart, kidney, and skeletal muscle, whereas fatty acids generate significant quantities of oxidants in kidney and liver. Finally, we found that increasing respiratory rates is an effective way to prevent mitochondrial oxidant release under many, but not all, conditions. Altogether, our data uncover and quantify many tissue-, substrate-, and site-specific characteristics of mitochondrial ROS release. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Untersuchungen zur Interaktion von Cholesterin mit cholesterinbindenden Proteinen

Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt bei der Biosynthese von Steroidhormonen ist der Transport von Cholesterin von der äußeren zur inneren Mitochondrienmembran, wo es zu dem Steroid Pregnenolon umgewandelt wird. Für diesen Transport ist das StAR-Protein (Steroidogenic Acute Regulatory Protein) notwendig. Ein weiteres an der Bildung von Steroidhormonen beteiligtes Protein ist das MLN64-Protein. Beide Proteine besitzen so genannte START-Domänen (StAR related Lipid Transfer-Domänen), die Cholesterin binden können. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die START-Domänen von StAR und MLN64 Cholesterin auf unterschiedliche Weise binden. Es ist noch nicht geklärt, auf welche Weise das StAR-Protein den Cholesterintransport in die Mitochondrien bewirkt. Das StAR-Protein könnte Cholesterin binden und als Cholesterintransporter zwischen äußerer und innerer Mitochondrienmembran fungieren. Nach einer anderen Hypothese wirkt das StAR-Protein ausschließlich an der äußeren Mitochondrienmembran. Es wird auch postuliert, dass das StAR-Protein in einem teilweise entfalteten Zustand vorliegen muss, um seine Funktion erfüllen zu können. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass StAR ein fotoreaktives Cholesterinderivat bindet. Die Cholesterinbindungsstelle des StAR-Proteins konnte eingegrenzt werden. Es wurden Experimente durchgeführt, um zu überprüfen, ob das Protein tatsächlich nur in teilweise entfaltetem Zustand aktiv ist. Die Cholesterinbindung des MLN64-Proteins wurde ebenfalls mit dem fotoreaktiven Cholesterinderivat untersucht. Dabei zeigte sich, dass MLN64 offenbar mehrere Bindungsstellen für Cholesterin besitzt. Weitere Experimente beschäftigten sich mit der Charakterisierung der Cholesterinbindungsstelle des humanen Oxytocinrezeptors, eines G-Protein gekoppelten Hormonrezeptors, der durch Cholesterin reguliert wird. Dabei kam auch wieder das fotoreaktive Cholesterinderivat zum Einsatz. Außerdem wurden in dieser Arbeit Experimente durchgeführt, die sich mit der Regulation der Cholesterinbiosynthese befassten. Die Biosynthese des Cholesterins wird reguliert, indem in der Membran des Endoplasmatischen Retikulums verankerte Transkriptionsfaktoren proteolytisch freigesetzt werden. Das passiert nur dann, wenn der zelluläre Cholesterinspiegel niedrig ist. Bei diesem Regulationsmechanismus spielt das Protein SCAP eine zentrale Rolle (Sterol responsive element binding protein Cleavage Activating Protein). SCAP bindet Cholesterin spezifisch und wird dadurch reguliert. Im Rahmen dieser Arbeit konnte der Bereich von SCAP eingegrenzt werden, der Cholesterin bindet. Ebenso konnte gezeigt werden, dass die Interaktion von SCAP mit einem anderen, als Insig bezeichneten Protein indirekt durch das Cholesterinderivat 25-Hydroxycholesterin reguliert wird.

Der Einfluss von Apolipoprotein E auf die zellulären Mechanismen der Alzheimer Erkrankung

Die massive Bildung und Ablagerung von aggregiertem Amyloid Beta-Peptid im Gehirn wird allgemein als zentrales Ereignis im Rahmen des Neurodegenerationsprozesses der Alzheimer Demenz betrachtet. Als einer der ursächlichen Risikofaktoren gilt das Vorliegen des ε4-Allels des Apolipoprotein E. Die Alzheimer´sche Krankheit ist dabei in sehr vielfältige Weise mit Apolipoprotein E verknüpft. ApoE begünstigt isoformenabhängig Aβ-Ablagerungen, ApoE-Fragmente kommen im Gehirn und der Cerebrospinalflüssigkeit von Alzheimer Patienten vor und ApoE ist darüber hinaus als Cholesterintransportprotein über den zellulären Cholesterinstoffwechsel mit der Amyloidbildung verknüpft. Mit Hilfe einer Doppeltransfektion von ApoE und ADAM10 in HEK-Zellen und durch Studien mit Inhibitoren der ADAM-Familie an HepG-2-Zellen wurde in vitro gezeigt, dass ApoE nicht durch α-Sekretasen der ADAM-Familie gespalten wird. Weiterhin konnte bewiesen werden, dass ApoE in Astrogliomazellen keinen Einfluss auf die APP-Prozessierung ausübt. Durch in vitro Modulation des Cholesteringehaltes an Astrogliomazellen mit MβCD und seine Cholesterin-Komplexverbindungen ist gezeigt worden, dass die ApoE-Sekretion durch abnehmenden Cholesteringehalt gesenkt wird. Indem Statine alleine oder in Kombination mit Isoprenylierungssubstraten eingesetzt wurden ist der Beweis erbracht worden, dass Statine in vitro die ApoE-Sekretionsinhibition alleine durch Hemmung der Cholesterinbiosynthese bewirken. Bestätigt wurde dies weiterhin durch Experimente mit Isoprenylierungsinhibitoren. Aus dem Wirkmechanismus von Statinen auf die ApoE-Sekretionssenkung leitet sich womöglich der für bestimmte Statine berichtete neuroprotektive Effekt bei Morbus Alzheimer in retrospektiven Humanstudien ab, der sich durch reine Cholesterinsenkung nicht erklären lässt. Im Zusammenhang mit der Cholesterinhomöostase und dem gesteigerten 24(S)-Hydroxycholesterinspiegel bei Morbus Alzheimer, haben die Ergebnisse gezeigt, dass 24(S)-Hydroxycholesterin [24(S)-OH-chol] zur ApoE-Sekretions- und Expressionssteigerung führt. In dieser Arbeit konnte erstmals der Nachweis erbracht werden, dass der stimulatorische Effekt von 24(S)-OH-Chol durch gleichzeitige Lovastatingabe reduziert werden kann. Dies stellt einen möglichen Ansatz im Kampf gegen die Alzheimer Demenz dar. Weiterführend müssen diese Ergebnisse noch in vivo beispielsweise durch Versuche an ApoE-transgenen Mäusen bestätigt werden. Darüber hinaus könnte nach einer Statintherapie der ApoE-Gehalt in humaner, cerebrospinaler Flüssigkeit ermittelt werden.

Placental ABCA1 expression is reduced in primary antiphospholipid syndrome compared to pre-eclampsia and controls

The ATP binding cassette transporter A1 (ABCA1) mediates cellular cholesterol and phospholipid efflux, and is implicated in phosphatidylserine translocation and apoptosis. Loss of functional ABCA1 in null mice results in severe placental malformation. This study aimed to establish the placental localisation of ABCA1 and to investigate whether ABCA1 expression is altered in placentas from pregnancies complicated by pre-eclampsia and antiphospholipid syndrome. ABCA1 mRNA and protein localisation studies were carried out using in situ hybridization and immunohistochemistry. Comparisons of gene expression were performed using real-time PCR and immunoblotting. ABCA1 mRNA and protein was localised to the apical syncytium of placental villi and endothelia of fetal blood vessels within the villi. ABCA1 mRNA expression was reduced in placentas from women with APS when compared to controls (p<0.001), and this was paralleled by reductions in ABCA1 protein expression. There were no differences in ABCA1 expression between placentas from pre-eclamptic pregnancies and controls. The localisation of ABCA1 in human placenta is consistent with a role in cholesterol and phospholipid transport. The decrease in ABCA1 protein in APS may reflect reduced cholesterol transport to the fetus affecting the formation of cell membranes and decreasing the level of substrate available for steroidogenesis.

Differential expression of ABC transporters and their regulatory genes during lactation and dry period in bovine mammary tissue

ATP-binding cassette (ABC) transporters play a pivotal role in human physiology, and mutations in these genes often result in severe hereditary diseases. ABC transporters are expressed in the bovine mammary gland but their physiological role in this organ remains elusive. Based on findings in the context of human disorders we speculated that candidate ABC transporters are implicated in lipid and cholesterol transport in the mammary gland. Therefore we investigated the expression pattern of selected genes that are associated with sterol transport in lactating and nonlactating mammary glands of dairy cows. mRNA levels from mammary gland biopsies taken during lactation and in the first and second week of the dry period were analysed using quantitative PCR. Five ABC transporter genes, namely ABCA1, ABCA7, ABCG1, ABCG2 and ABCG5, their regulating genes LXRalpha, PPARgamma, SREBP1 and the milk proteins lactoferrin and alpha-lactalbumin were assessed. A significantly enhanced expression in the dry period was observed for ABCA1 while a significant decrease of expression in this period was detected for ABCA7, ABCG2, SREBP1 and alpha-lactalbumin. ABCG1, ABCG5, LXRalpha, PPARgamma and lactoferrin expression was not altered between lactation and dry period. These results indicate that candidate ABC transporters involved in lipid and cholesterol transport show differential mRNA expression between lactation and the dry period. This may be due to physiological changes in the mammary gland such as immigration of macrophages or the accumulation of fat due to the loss of liquid in the involuting mammary gland. The current mRNA expression analysis of transporters in the mammary gland is the prerequisite for elucidating novel molecular mechanisms underlying cholesterol and lipid transfer into milk.

Maternal cholestasis during pregnancy programs metabolic disease in offspring

The intrauterine environment is a major contributor to increased rates of metabolic disease in adults. Intrahepatic cholestasis of pregnancy (ICP) is a liver disease of pregnancy that affects 0.5%-2% of pregnant women and is characterized by increased bile acid levels in the maternal serum. The influence of ICP on the metabolic health of offspring is unknown. We analyzed the Northern Finland birth cohort 1985-1986 database and found that 16-year-old children of mothers with ICP had altered lipid profiles. Males had increased BMI, and females exhibited increased waist and hip girth compared with the offspring of uncomplicated pregnancies. We further investigated the effect of maternal cholestasis on the metabolism of adult offspring in the mouse. Females from cholestatic mothers developed a severe obese, diabetic phenotype with hepatosteatosis following a Western diet, whereas matched mice not exposed to cholestasis in utero did not. Female littermates were susceptible to metabolic disease before dietary challenge. Human and mouse studies showed an accumulation of lipids in the fetoplacental unit and increased transplacental cholesterol transport in cholestatic pregnancy. We believe this is the first report showing that cholestatic pregnancy in the absence of altered maternal BMI or diabetes can program metabolic disease in the offspring.