The impact of overnutrition and oxidative stress on apolipoprotein O

Abstract

Der Lebensstil der mit unserer schnelllebigen Welt einhergeht beeinflusst maßgebend die Gesundheit der Menschen. Nicht nur die Adipositas-Epidemie, sondern auch die Verbreitung der nicht-alkoholischen Fettleber-Erkrankung, NAFLD, stellen weltweite Herausforderungen für die moderne Medizin dar. Um ein besseres Verständnis über NAFLD zu bekommen werden die Effekte von NAFLD auf den Lipidstoffwechsel, in dem Apolipoproteine eine wesentliche physiologische Bedeutung einnehmen, untersucht. Ein kürzlich entdecktes Apolipoprotein, Apolipoprotein O, scheint im Lipidstoffwechsel eine Rolle zu spielen, und dadurch möglicherweise in der Pathobiochemie von NAFLD. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Effekt von Überernährung in Leberzellen simuliert. Dafür wurden HepG2 Zellen, eine humane Leberkrebszelllinie, herangezogen und mit Ölsäure inkubiert. Es erfolgte eine Lipidanreicherung, ähnlich wie bei NAFLD. Darüber hinaus wurde eine progressivere und fortgeschrittenere Form von NAFLD untersucht. Für dieses Stadium sind Entzündungen charakteristisch, die hier durch die Zugabe von Tumornekrosefaktor α und Menadion ausgelöst wurden. Schließlich wurde innerhalb dieser Bedingungen die Produktion von Apolipoprotein O untersucht. Eine Inkubation der Zellen mit 0.5 mM und 1 mM Ölsäure für 24 h Stunden führte zu einem etwa dreifach höheren Triglycerid-Spiegel verglichen mit der Kontrollprobe. Allerdings wurden deutlich erhöhte cytotoxische Effekte beobachtet, wenn die Zellen mit Ölsäure Konzentrationen über 0.5 mM versetzt wurden. Außerdem wurde festgestellt, dass ein Serumentzug von 24 h vor der Inkubation mit der Ölsäure die Triglycerid-Anreicherung möglicherweise fördert. Allgemein konnten nur geringe Effekte auf die Apolipoprotein O-Produktion gemessen werden. Trotzdem scheint eine Triglycerid-Anreicherung, wie sie nach 24 h Inkubation mit Ölsäure erreicht wurde, die Proteinproduktion zu fördern. Der Einsatz der zwei Stressfaktoren, Tumornekrosefaktor α und Menadion, beeinflusste den Triglycerid-Gehalt nicht, lieferte jedoch widersprüchliche Ergebnisse in Bezug auf die Apolipoprotein O-Synthese. Die ermittelten Daten deuten auf einen verringerten Gehalt an intrazellulären Apolipoprotein O durch die Anwesenheit der Stressfaktoren hin. Des Weiteren wurde die Aktivierung des nuklearfaktor kappa B Signalwegs durch Tumornekrosefaktor α und, zu einem kleineren Ausmaß, durch Menadion nachgewiesen. Schließlich wurden die Zellen mit einer Kombination aus Ölsäure und Stressfaktoren inkubiert, wodurch vermutlich eine geringe Inhibierung der Apolipoprotein O-Produktion stattfand. Darüber hinaus wurden mögliche protektive Effekte der Ölsäure beobachtet, die bei einer Simulation von Entzündungsreaktionen zu hinterfragen sind. Insgesamt bleibt es weiterhin schwierig eindeutige Aussagen über dem Zusammenhang von Überernährung und oxidativen Stress auf die Apolipoprotein O-Produktion zu treffen. In Zukunft gilt es das Gleichgewicht zwischen Lipidanreicherung und Lipidtoxizität zu finden, sowie geeignete Bedingungen zu definieren, die möglichst genau die zellulären Prozesse der Leber wiedergeben.

Today’s fast-paced lifestyle has a major impact on human health and is the source of several disorders. Together with the obesity epidemic, the prevalence of non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD, has become a worldwide challenge for modern medicine. Thus, it is crucial to gain a better understanding of NAFLD and its effect on lipid metabolism, in which apolipoproteins are of considerable physiological importance. A recently discovered apolipoprotein, apolipoprotein O, appears to be involved in lipid metabolism and consequently in the pathobiochemistry of NAFLD. In this thesis, the effect of overnutrition on liver cells was simulated by treating HepG2 cells, a human hepatoma cancer cell line, with oleic acid. Hence, lipid accumulation – as it occurs in NAFLD – is mediated. Furthermore, a more progressive form of NAFLD, which is characterized by inflammation, was mimicked by the addition of tumor necrosis factor α and menadione. Within this setting, the protein production of apolipoprotein O was studied. After exposing the cells for 24 h to 0.5 mM and 1 mM oleic acid, an estimated 3-fold increase of intracellular triglyceride content was observed. However, the cytotoxic impact on the cells drastically increased by the incubation with concentrations higher than 0.5 mM oleic acid. Furthermore, it was observed that serum starvation for 24 h before the treatment might support triglyceride accumulation. Even though only small effects of oleic acid on apolipoprotein O protein production were measured, it seems to be promoted by triglyceride deposition after 24 h of incubation with oleic acid. While tumor necrosis factor α and menadione did not affect the intracellular triglyceride level, contradictory outcomes were recorded regarding the effect on the protein content of apolipoprotein O. Overall, the data suggest a small decrease of apolipoprotein O protein production after the addition of the two stress factors. Moreover, the activation of the nuclear factor-kappa B pathway, monitored by two transcription factors, was achieved by tumor necrosis factor α and to a smaller extent also by menadione. When oleic acid and stress factors were simultaneously added to the cells, a slightly inhibited apolipoprotein O protein production might have been examined. However, the results do not reflect a uniform phenomenon. Nevertheless, possible protective properties of oleic acid in the inflammatory process have to be considered. Overall, assessing the impact of overnutrition and oxidative stress on the production of apolipoprotein O remains difficult. Further research on finding the balance between lipid accumulation and lipotoxicity as well as the reflection of the biochemical processes inside liver cells is required.