معلومة

ما هي / هي الاختلافات الجزيئية بين كوليسترول البروتين الدهني عالي الكثافة وكوليسترول البروتين الدهني منخفض الكثافة؟

ما هي / هي الاختلافات الجزيئية بين كوليسترول البروتين الدهني عالي الكثافة وكوليسترول البروتين الدهني منخفض الكثافة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لماذا يعتبر الكوليسترول الجيد HDL مفيدًا لنا ، والكوليسترول الضار LDL سيء بالنسبة لنا. لقد ثبت أن كوليسترول البروتين الدهني منخفض الكثافة مرتبط بتصلب الشرايين وأن كوليسترول البروتين الدهني عالي الكثافة يساعد في إزالة الكوليسترول الضار من الدورة الدموية. ولكن من وجهة نظر كيميائية حيوية ، ما هو الفرق بين الجزيئات التي تسبب هذا الاختلاف؟


بادئ ذي بدء ، يجب أن نحدد ذلك لا يوجد شيء مثل "كوليسترول البروتين الدهني مرتفع الكثافة" و "كوليسترول البروتين الدهني منخفض الكثافة". على نفس المذكرة لا يوجد شيء مثل "الكولسترول الجيد" و "الكوليسترول الضار": الكوليسترول هو مجرد جزيء واحد ، مع هذا التركيب الكيميائي

ما تشير إليه اختبارات الدم عمومًا هو HDL-C و LDL-C ، أي كمية الكوليسترول في HDL أو LDL على التوالي (مرة أخرى ، يكون الكوليسترول دائمًا نفس الجزيء ، سواء في HDL أو في LDL).

HDL (البروتين الدهني عالي الكثافة) و LDL (البروتين الدهني منخفض الكثافة) عبارة عن بروتينات دهنية ، ومجموعات من البروتينات والدهون التي يمكن أن تحمل ، من بين أشياء أخرى ، الكوليسترول. هناك 5 أنواع رئيسية من البروتينات الدهنية ، تسمى chylomicrons و VLDL و IDL و LDL و HDL وتتميز بحجمها وكثافتها والبروتينات التي تتكون منها.

تتمثل الوظيفة الرئيسية للبروتينات الدهنية في حمل الدهون (= الدهون) حول الكائن الحي في الدم. المشكلة هي أن الدهون غير قابلة للذوبان في الماء (حاول أن تصب بعض الزيت في كوب من الماء) وأن الدم يتكون أساسًا من الماء. من ناحية أخرى ، تحتوي البروتينات الدهنية على مظهر خارجي محب للماء (= "محب للماء") ومحبة للدهون (= "محبة للدهون") ، مثل هذا:

في الصورة ، تمثل "الكرات" بروتينات تسمى البروتينات الأبوية ، وتمثل C الكوليسترول و T tryglicerids ، وكلاهما دهون. كما ترون ، فإن جميع الدهون موجودة داخل البروتين الدهني ، ولكن الجزء الخارجي القابل للذوبان في الماء يمكن أن يذوب بسهولة في الدم.

الكيمياء الحيوية للبروتينات الدهنية متضمنة تمامًا ولن أخوض في التفاصيل هنا (ولكن يرجى ترك تعليق إذا كنت تريد المزيد من التوضيحات) ولكن لتبسيط الأمور:

  • يجلب البروتين الدهني عالي الكثافة (HDL) الدهون من الأطراف إلى الكبد
  • يجلب LDL الدهون من الكبد إلى الأطراف

من المهم للغاية ، في هذه المرحلة ، أن نلاحظ أن الدهون هي جزء مهم من الناحية الفسيولوجية من الكائنات الحية لدينا. تحتوي جميع الخلايا في أجسامنا على دهون: يتكون غشاء كل خلية في الجسم من دهون (تسمى الدهون الفوسفورية) وتحتوي أيضًا على الكوليسترول. حقيقة، الكوليسترول مهم للغاية لعمل الجسم بشكل صحيح على سبيل المثال ، يتم استخدامه كأساس لإنتاج العديد من الهرمونات (ما يسمى بهرمونات الستيرويد ، مثل هرمون الاستروجين والبروجسترون والكورتيزول والتستوستيرون وما إلى ذلك).

ومع ذلك ، فإن المستويات العالية جدًا من الدهون ، وخاصة الكوليسترول ، ليست مفيدة ، حيث تم ربط مستويات الكوليسترول المرتفعة في الواقع بالعديد من أمراض القلب والأوعية الدموية ، والتي نسمع عنها كثيرًا هذه الأيام.

لذلك ، نظرًا لأن HDL يميل إلى إزالة الدهون من الدورة الدموية وإعادتها إلى الكبد ، فيمكن اعتباره نوعًا من "المنظفات" التي تزيل الكوليسترول الزائد من الدورة الدموية.


ما هو الفرق بين الدهون والكوليسترول

ال الفرق الرئيسي بين الدهون والكوليسترول هو ذلك الدهون من المغذيات الكبيرة في حين أن الكوليسترول ليس من المغذيات الكبيرة. لذلك ، تعمل الدهون كمصدر للطاقة بينما لا يخدم الكوليسترول مصدرًا للطاقة. علاوة على ذلك ، يعتبر الكوليسترول مركبًا حيويًا في غشاء الخلية ، وهو بمثابة مقدمة في إنتاج الهرمونات الجنسية وهرمونات الستيرويد في الغدة الكظرية. علاوة على ذلك ، تؤدي الدهون الزائدة إلى السمنة وتزيد من مستويات الكوليسترول في الدم بينما تؤدي زيادة نسبة الكوليسترول في الدم إلى الإصابة بأمراض القلب والسكري.

الدهون والكوليسترول نوعان من الدهون الموجودة في الجسم. كلاهما يؤدي وظائف حيوية على الرغم من أن كمياتهما الزائدة تسبب أمراضًا خطيرة.

المجالات الرئيسية المغطاة

الشروط الاساسية

كوليسترول ، دهون ، HDL ، LDL ، دهون ، دهون مشبعة ، دهون غير مشبعة


بنية

تحتوي جميع أنواع البروتينات الدهنية على كل من الدهون والبروتينات ، ولكن يختلف التركيب النسبي لكل بروتين دهني. الاختلاف الهيكلي الرئيسي بين LDL و HDL هو تركيبها. ما يقرب من 50 في المائة من وزن جزيء LDL هو الكوليسترول و 25 في المائة فقط من البروتين. من ناحية أخرى ، تتكون جزيئات البروتين الدهني عالية الكثافة من 20 في المائة من الكوليسترول بالوزن و 50 في المائة من البروتين. نظرًا لأن البروتين أكثر كثافة من الدهون ، فإن جزيئات HDL أكثر كثافة من جزيئات LDL ، ومن هنا جاءت أسماء البروتينات الدهنية "عالية الكثافة" و "منخفضة الكثافة". يتعلق الاختلاف الهيكلي الرئيسي الآخر بين LDL و HDL بأنواع البروتين التي تحتوي عليها. تحتوي البروتينات الدهنية منخفضة الكثافة على بروتينات تسمى بروتينات B-100 ، بينما تحتوي جزيئات HDL في الغالب على بروتينات A-I و A-II. نوع البروتين مهم لأنه يحدد وظيفة جسيم البروتين الدهني.


حقائق حول الكوليسترول

يمكنك حرق الكولسترول؟

الكوليسترول هو نوع من الدهون مثل الدهون. ومع ذلك ، على عكس الدهون ، لا يمكن ممارسة الكوليسترول أو التعرق أو حرقه للحصول على الطاقة. يوجد فقط في المنتجات الحيوانية ، بما في ذلك اللحوم والدجاج والأسماك والبيض واللحوم العضوية ومنتجات الألبان عالية الدسم.

واصلت

هل الكوليسترول جيد أم ضار؟

تمامًا كما تنفصل صلصة الزيت والخل المصنوعة منزليًا في حوض مائي مع طبقة من الدهون الزلقة ، فإن الدهون والكوليسترول أيضًا إذا تم إلقاؤها مباشرة في الدم. لحل هذه المعضلة ، ينقل الجسم الدهون والكوليسترول عن طريق تغطيتها بـ "فقاعة" بروتين قابلة للذوبان في الماء. تسمى فقاعة البروتين الدهنية بالبروتين الدهني.

  • تحمل البروتينات الدهنية منخفضة الكثافة (LDLs) الكوليسترول إلى الأنسجة. هذا هو الكوليسترول "الضار" ، حيث ترتبط مستويات LDL المرتفعة بزيادة خطر الإصابة بأمراض القلب.
  • تحمل البروتينات الدهنية عالية الكثافة (HDLs) الكوليسترول الزائد إلى الكبد ، والذي يعالج الكوليسترول ويخرجه. البروتينات الدهنية عالية الكثافة هي كوليسترول "جيد" كلما زادت نسبة البروتين الدهني عالي الكثافة لديك ، قل خطر الإصابة بأمراض القلب.
  • تم العثور على HDLs و LDLs فقط في دمك وليس في الطعام.

اختبر نسبة الكوليسترول لديك

يمكن تقييم خطر إصابتك بأمراض القلب من خلال اختبار الكوليسترول في الدم. في هذا الاختبار ، يجب أن تقارب قراءة إجمالي الكوليسترول مجموع LDL و HDL والبروتينات الدهنية الأخرى. إذا كان لديك 3.5 مجم من إجمالي الكوليسترول ، أو أقل ، لكل 1 مجم من HDLs ، فإن نسبة الكوليسترول لديك مثالية. وفقًا لإرشادات البرنامج الوطني لتعليم الكوليسترول:

  • يجب أن يظل الكوليسترول الكلي أقل من 200 مجم / ديسيلتر ، ما لم يكن HDL مرتفعًا.
  • يجب أن يكون LDL أقل من 130 مجم / ديسيلتر.
  • يجب أن يكون HDL 35 مجم / ديسيلتر أو أعلى.
  • يجب على الأشخاص الذين تقل أعمارهم عن 30 عامًا الحصول على كوليسترول إجمالي أقل من 180 مجم / ديسيلتر.

واصلت

الدهون التي تمدك بالسعرات الحرارية تطفو في الدم وتتراكم في الفخذين والوركين تسمى "الدهون الثلاثية". يمكن أن تكون مشبعة أو غير مشبعة ، ويمكن أن تكون غير المشبعة إما أحادية غير مشبعة أو متعددة غير مشبعة. لكل أونصة من الدهون الثلاثية التي تتناولها ، تضيف 250 سعرًا حراريًا (أو 9 سعرات حرارية لكل جرام - وزن الزبيب) إلى نظامك الغذائي. الدهون المشبعة فقط تزيد من مستويات الكوليسترول في الدم وخطر الإصابة بأمراض القلب.

أي منها مشبع؟

بشكل عام ، كلما زادت صلابة الدهون ، زادت تشبعها. دهون الأبقار والألبان هي في الغالب دهون مشبعة. الزيوت السائلة عادة ما تكون دهون غير مشبعة ، بما في ذلك الدهون الأحادية غير المشبعة في زيت الزيتون وزيت الكانولا والدهون المتعددة غير المشبعة في زيوت القرطم والذرة وفول الصويا وزيوت الأسماك. تعتبر زيوت جوز الهند والنخيل ونواة النخيل استثناءات لقاعدة هذه الزيوت النباتية السائلة هي دهون مشبعة للغاية.

يزيد تناول الأطعمة التي تحتوي على الكثير من الدهون المشبعة من خطر الإصابة بأمراض القلب ، مما يؤدي إلى زيادة كمية LDL الضار في الدم بينما تنخفض نسبة HDLs الجيدة. قلل من الدهون المشبعة ، وانخفض مستوى الكوليسترول في الدم ، وانخفض خطر الإصابة بأمراض القلب. كما ينخفض ​​خطر الإصابة بالسرطان. النظام الغذائي الذي يحتوي على المزيد من الدهون المتعددة غير المشبعة ، بدلاً من الدهون المشبعة ، يخفض إجمالي مستويات الكوليسترول في الدم ، ولكن لسوء الحظ يقلل أيضًا من مستويات HDL ، لذلك تفقد كلاً من الكوليسترول الجيد والسيئ.

واصلت

زيت الزيتون قصة أخرى. يخفض هذا الزيت الكوليسترول الكلي في الدم وكوليسترول البروتين الدهني منخفض الكثافة دون التسبب في انخفاض مستويات HDL. باستخدام زيت الزيتون ، يمكنك تقليل مستويات الكوليسترول الكلية لديك مع الحفاظ على مستويات HDL ، وبالتالي تقليل خطر الإصابة بأمراض القلب. يقلل زيت السمك أيضًا من مخاطر الإصابة بأمراض القلب. وبالتالي ، فإن الزيتون والأسماك هما الزيوت المفضلة.

الدهون المهدرجة هي زيوت نباتية سائلة يتم تصنيعها بشكل كريمي عندما يقوم المصنعون بتحويل بعض الدهون غير المشبعة إلى دهون مشبعة من خلال عملية تسمى "الهدرجة". تعيد هذه العملية أيضًا ترتيب الشكل الجزيئي للدهون غير المشبعة المتبقية. الشكل الناتج هو شكل غير طبيعي "عبر".

تشكل الأحماض الدهنية غير المشبعة ما يصل إلى 60 في المائة من الدهون في الأطعمة المصنعة التي تحتوي على دهون مهدرجة. ترفع الأحماض الدهنية الأحيائية من مستويات الكوليسترول في الدم وتزيد من مخاطر الإصابة بأمراض القلب مثل الدهون المشبعة.

واصلت

تمنحك معرفة الدهون الخاصة بك ميزة عندما يتعلق الأمر بشراء وإعداد الأطعمة المناسبة لتناولها. وعندما تبتعد عن الدهون المشبعة والأحماض الدهنية غير المشبعة ، يمكنك أن تعيش حياة صحية للقلب.


كيمياء مرض الزهايمر - المنظورات الجزيئية والجينية والفسيولوجية ☆

الكوليسترول

ارتبطت مستويات الكوليسترول المرتفعة ومرض الزهايمر من الناحية الوبائية. الكوليسترول نفسه هو عامل مختزل لـ Aβ-Cu 2 + وقد يؤدي هذا المزيج إلى تحفيز تكوين أنواع الأكسجين التفاعلية ، مما يشير إلى إمكانية التآزر بين النحاس والكوليسترول. يمكن أن يؤدي خفض مستويات الكوليسترول باستخدام الستاتين إلى تعديل عوامل الخطر الوعائية التي قد تساهم ، كما هو مذكور أعلاه ، في "النمط الظاهري" للخرف ، ولكن يبدأ هذا العلاج عمومًا كجزء من الرعاية الروتينية وقبل ظهور التغيرات العصبية في وقت لاحق من الحياة. تمت ملاحظة العلاقة الراسخة بجين البروتين الدهني APOE أعلاه. في الآونة الأخيرة ، ارتبط تماثل الزيجوت لتغير isoleucine → valine (I405V) في بروتين نقل الكوليسترول استر (CETP) مع كل من انخفاض الذاكرة البطيء وانخفاض معدل الإصابة بالخرف ومخاطر الزهايمر في دراسة جماعية محتملة للبالغين 70 أو أكبر بدون خرف ( ساندرز وآخرون., 2010 ).


ما هو البروتين الدهني؟

البروتينات الدهنية هي معقدات دهنية وبروتينية في بلازما الكائنات الحية. تشارك البروتينات الدهنية في تعبئة ونقل الدهون الثلاثية والكوليسترول والأحماض الدهنية الحرة في البلازما إلى الكائنات الحية المستهدفة. مركب البروتين الدهني هذا عبارة عن جزيء أمفيباثي يحتوي على مناطق محبة للماء ومناطق كارهة للماء. يتم إحداث خاصية كره الماء من خلال المكون الدهني الذي يشمل الفوسفوليبيدات والكوليسترول والدهون الثلاثية ، في حين أن خاصية الألفة للماء ناتجة عن مكون البروتين. وبالتالي ، فهي قابلة للذوبان جزئيًا وتشكل هياكل الميلي في الماء وتؤدي إلى نقل الدهون.

الشكل 01: هيكل البروتين الدهني

أنواع البروتين الدهني

هناك أربعة بروتينات دهنية رئيسية - Chylomicrons ، والبروتينات الدهنية عالية الكثافة (HDL) ، والبروتينات الدهنية منخفضة الكثافة (LDL) ، والبروتينات الدهنية منخفضة الكثافة (VLDL). Chylomicrons هي أكبر أنواع البروتينات الدهنية. يشاركون بشكل رئيسي في تعبئة ونقل الدهون الثلاثية والكوليسترول الغذائية. لذلك ، يتم تصنيعها بشكل أساسي والعمل عليها في الأمعاء. عندما تنشأ الحاجة إلى الأحماض الدهنية الحرة ، يعمل ليباز البروتين الدهني على الكيلوميكرون ويحلل الكيلومكرون الذي يطلق الأحماض الدهنية الحرة وبقايا الكيلومكرون.

HDL هو أصغر بروتين دهني يعمل كناقل للكوليسترول الموجود في الكبد والأمعاء. يمتلك البروتين الدهني HDL القدرة على نقل الكوليسترول الموجود في الأنسجة المحيطية للكبد. سيمكن هذا من التخلص من رواسب الكوليسترول الزائدة ويوصف عمومًا بأنه أكثر أمانًا.

VLDL و LDL هي بروتينات شحمية مهمة أخرى لها العديد من الأدوار الوظيفية التي تلعبها. LDL هو المنتج المتحلل لـ VLDL. يتكون LDL عندما يخضع VLDL للتحلل المائي بواسطة ليباز البروتين الدهني. يقوم كل من VLDL و LDL بنقل الدهون الثلاثية والكوليسترول من الخلايا إلى الأطراف مما يؤدي إلى حالات تصلب الشرايين. لذلك تشير المستويات المرتفعة من LDL و VLDL إلى زيادة خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية


Apolipoprotein B هو البروتين الأولي للبروتين الشحمي من chylomicrons و VLDL و Lp (a) و IDL وجزيئات LDL (LDL - المعروف عادةً باسم "الكوليسترول الضار" عند الإشارة إلى كل من أمراض القلب وأمراض الأوعية الدموية بشكل عام) ، وهو المسؤول لحمل جزيئات الدهون (الليبيدات) ، بما في ذلك الكوليسترول ، في جميع أنحاء الجسم إلى جميع الخلايا داخل جميع الأنسجة. في حين أن جميع الأدوار الوظيفية لـ ApoB داخل جزيئات LDL (وجميع الجسيمات الأكبر حجمًا) تظل غير واضحة إلى حد ما ، فهو البروتين المنظم الأساسي (للقشرة المعقدة بأكملها التي تحتوي على جزيئات دهنية داخل / تحمل جزيئات الدهون بداخلها) وهي ضرورية تمامًا للتكوين من هذه الجسيمات. ما هو واضح أيضًا هو أن ApoB الموجود على جسيم LDL يعمل كرابط لمستقبلات LDL في خلايا مختلفة في جميع أنحاء الجسم (على سبيل المثال ، بشكل أقل رسميًا ، يشير ApoB إلى أن الجزيئات الحاملة للدهون جاهزة للدخول إلى أي خلايا بها مستقبلات ApoB وتوصيل الدهون داخلها. في الخلايا).

من خلال آليات مفهومة جزئيًا فقط ، فإن المستويات العالية من ApoB ، وخاصة المرتبطة بتركيزات جسيمات LDL المرتفعة ، هي المحرك الأساسي للويحات التي تسبب أمراض الأوعية الدموية (تصلب الشرايين) ، وعادة ما تصبح أولًا أعراض واضحة مثل أمراض القلب والسكتة الدماغية والعديد من المضاعفات الأخرى على مستوى الجسم. بعد عقود من التقدم. هناك دليل كبير على أن تركيزات ApoB [5] [6] وخاصة مقايسة الرنين المغناطيسي النووي [7] (خاصة بتركيزات جزيئات LDL) هي مؤشرات فائقة لأمراض الأوعية الدموية / القلب التي تقود علم وظائف الأعضاء أكثر من الكوليسترول الكلي أو الكوليسترول الضار (مثل منذ فترة طويلة روجت له المعاهد الوطنية للصحة ابتداء من أوائل السبعينيات). ومع ذلك ، في المقام الأول لأسباب التكلفة / التعقيد التاريخية ، يظل الكوليسترول ، وتقدير الكوليسترول الضار عن طريق الحساب ، أكثر اختبارات الدهون التي يتم الترويج لها شيوعًا لعامل خطر الإصابة بتصلب الشرايين. يتم قياس ApoB بشكل روتيني باستخدام المقايسات المناعية مثل ELISA أو قياس الكلى. تسمح طرق الرنين المغناطيسي النووي المكررة والآلية بالتمييز في القياس بين العديد من جسيمات ApoB المختلفة.

ترتبط المستويات العالية من ApoB بأمراض القلب. Hypobetalipoproteinemia هو اضطراب وراثي يمكن أن يحدث بسبب طفرة في جين ApoB ، APOB. عادة ما يحدث Abetalipoproteinaemia بسبب طفرة في جين MTP ، MTP.

الطفرات في الجينات APOB100 يمكن أن يسبب أيضًا فرط كوليسترول الدم العائلي ، وهو شكل وراثي (جسمي قاهر) من اضطراب التمثيل الغذائي فرط كوليسترول الدم.

معظم المعلومات ذات الصلة بخصوص متماثل ApoB للماوس ، mApoB ، قد أتت من دراسات الفئران. الفئران التي تفرط في التعبير عن mApoB زادت من مستويات LDL "الكوليسترول الضار" وخفضت مستويات HDL "الكوليسترول الجيد". [8] الفئران التي تحتوي على نسخة وظيفية واحدة فقط من جين mApoB تظهر التأثير المعاكس ، كونها مقاومة لفرط كوليسترول الدم. الفئران التي لا تحتوي على نسخ وظيفية من الجين غير قابلة للحياة. [9]

يوجد البروتين في البلازما في شكلين إسويين رئيسيين ، ApoB48 و ApoB100. يتم تصنيع الأول حصريًا عن طريق الأمعاء الدقيقة ، والثاني عن طريق الكبد. [10] ApoB-100 هو أكبر مجموعة بروتينات apoB ، ويتكون من 4563 حمض أميني. [10] كلا الشكلين الإسفنجي مشفران بواسطة APOB وبواسطة نسخة مرنا واحدة أكبر من 16 كيلو بايت. يتم إنشاء ApoB48 عندما يتم إنشاء كودون التوقف (UAA) في البقايا 2153 عن طريق تحرير RNA. يبدو أن هناك ملف عبر-تفاعل جين التضفير الخاص بالنسيج الذي يحدد الشكل الإسوي الذي يتم إنتاجه في النهاية. [ بحاجة لمصدر ] بدلاً من ذلك ، هناك بعض الأدلة على أن أ رابطة الدول المستقلة- عنصر التأثير الذي يبلغ عدة آلاف من BP عند المنبع يحدد الشكل الإسوي الذي يتم إنتاجه. [ بحاجة لمصدر ]

نتيجة لتحرير RNA ، يشترك ApoB48 و ApoB100 في تسلسل N-terminal مشترك ، لكن ApoB48 يفتقر إلى منطقة ربط مستقبلات LDL الخاصة بـ ApoB100's C-terminal LDL. في الواقع ، يسمى ApoB48 لأنه يشكل 48٪ من تسلسل ApoB100.

ApoB 48 هو بروتين فريد من نوعه للكلومكرونات من الأمعاء الدقيقة. بعد امتصاص معظم الدهون الموجودة في الكيلوميكرون ، يعود ApoB48 إلى الكبد كجزء من بقايا الكيلومكرون ، حيث يتم تحطيمها وتحللها.

تحرير الفوائد

دور في الجهاز المناعي الفطري تحرير

تتداخل البروتينات الدهنية منخفضة الكثافة جدًا والبروتينات الدهنية منخفضة الكثافة مع نظام استشعار النصاب الذي ينظم الجينات المطلوبة للتدخل الجراحي المكورات العنقودية الذهبية عدوى. تستلزم آلية العداء ربط ApoB بـ a بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية فرمون المحرض الذاتي ، يمنع إرسال الإشارات من خلال مستقبلاته. الفئران التي تعاني من نقص في ApoB أكثر عرضة للعدوى البكتيرية الغازية. [11]

تحرير التأثيرات الضارة

دور في مقاومة الأنسولين تحرير

يمكن أن يؤدي الإفراط في إنتاج البروتين الشحمي B إلى إجهاد شبكية إندوبلازمية ناتج عن الدهون ومقاومة الأنسولين في الكبد. [12]

دور في البروتينات الدهنية وتصلب الشرايين تحرير

تم العثور على ApoB100 في البروتينات الدهنية التي تنشأ من الكبد (VLDL ، IDL ، LDL [13]). الأهم من ذلك ، يوجد جزيء ApoB100 واحد لكل بروتين دهني مشتق من الكبد. ومن ثم ، باستخدام هذه الحقيقة ، يمكن للمرء تحديد قيمة عدد من جزيئات البروتين الدهني من خلال ملاحظة تركيز ApoB100 الكلي في الدورة الدموية. نظرًا لوجود ApoB100 واحد فقط لكل جسيم ، فإن عدد الجسيمات ينعكس بواسطة تركيز ApoB100. يمكن تطبيق نفس التقنية على فئات البروتين الدهني الفردية (مثل LDL) وبالتالي تمكين الفرد من عدد لهم كذلك.

ثبت جيدًا أن مستويات ApoB100 مرتبطة بأمراض القلب التاجية ، فهي مؤشر أفضل بكثير من تركيزات LDL-C. [14] [15] السبب: لا يعكس LDL-C تركيزات الجسيمات الفعلية ولا يمكن للكوليسترول الأمبير أن يذوب أو يتحرك (في الماء) بدون جزيئات لتحمله. طريقة بسيطة لفهم هذه الملاحظة هي حقيقة أن ApoB100 ، واحد لكل جسيم ، يعكس تركيز جزيئات البروتين الدهني الفعلي (بغض النظر عن الكوليسترول ، أو محتوى الدهون الآخر). بهذه الطريقة ، يمكن للمرء أن يفهم أن عدد جزيئات البروتين الدهني المحتوية على ApoB100 والتي يمكن أن تحمل الدهون إلى جدران الشرايين هو المحدد الرئيسي ، ومحرك لتصلب الشرايين وأمراض القلب.

تتمثل إحدى طرق تفسير ما سبق في اعتبار أن الأعداد الكبيرة من جزيئات البروتين الدهني ، وعلى وجه الخصوص ، الأعداد الكبيرة من جزيئات LDL ، تؤدي إلى منافسة مستقبل ApoB100 (أي مستقبل LDL) للخلايا الطرفية. نظرًا لأن هذه المنافسة ستطيل من وقت بقاء جزيئات LDL في الدورة الدموية ، فقد يؤدي ذلك إلى فرصة أكبر للخضوع للأكسدة و / أو تعديلات كيميائية أخرى. قد تقلل مثل هذه التعديلات من قدرة الجسيمات على التخلص منها بواسطة مستقبل LDL التقليدي و / أو تزيد من قدرتها على التفاعل مع ما يسمى مستقبلات "الزبال". والنتيجة النهائية هي تحويل جزيئات LDL إلى مستقبلات الزبال هذه. توجد مستقبلات الزبال عادةً في البلاعم ، حيث تُعرف الخلايا الضامة المحملة بالكوليسترول باسم "الخلايا الرغوية". تتميز الخلايا الرغوية بآفات تصلب الشرايين. بالإضافة إلى هذه الآلية المحتملة لتوليد خلايا الرغوة ، فإن الزيادة في مستويات جزيئات LDL المعدلة كيميائيًا قد تؤدي أيضًا إلى زيادة الضرر البطاني. يحدث هذا نتيجة للتأثير السام لـ LDL المعدل على بطانة الأوعية الدموية وكذلك قدرته على تجنيد الخلايا المناعية وتعزيز تنشيط الصفائح الدموية.

وجدت دراسة INTERHEART أن نسبة ApoB100 / ApoA1 أكثر فاعلية في التنبؤ بمخاطر النوبات القلبية ، في المرضى الذين عانوا من احتشاء حاد في عضلة القلب ، من مقياس ApoB100 أو ApoA1 وحده. [16] (ApoA1 هو بروتين HDL الرئيسي. [17]) في عموم السكان ، يظل هذا غير واضح على الرغم من أنه في دراسة حديثة كان ApoB أقوى علامة خطر لأحداث القلب والأوعية الدموية. [18] تشير دراسة صغيرة إلى أن إضافة أحماض أوميغا 3 الدهنية يوميًا إلى علاج فلوفاستاتين ، والتي تحتوي على 460 مجم من E-EPA و 380 مجم من E-DHA (استرات الإيثيل) ، قد تخفض ApoB48 في مرضى السكري من النوع 2 مفرط شحميات الدم. [19]

انقر فوق الجينات والبروتينات والمستقلبات أدناه للربط بالمقالات المعنية. [§ 1]

التعبير عن APOB يتم تنظيمها بواسطة عناصر منظمة رابطة الدول المستقلة في APOB 5 UTR و 3 UTR. [25]

يخضع mRNA لهذا البروتين لتحرير الحمض النووي الريبي الخاص بالموقع من Cytidine إلى Uridine (C to U). يتم تشفير ApoB100 و ApoB48 بواسطة نفس الجين ، ومع ذلك ، فإن الاختلافات في البروتينات المترجمة لا ترجع إلى التضفير البديل ولكنها ترجع إلى حدث تحرير RNA الخاص بالأنسجة. كان تحرير ApoB mRNA أول مثال على التحرير الذي لوحظ في الفقاريات. [26] تحرير ApoB mRNA يحدث في جميع الثدييات المشيمية. [27] يحدث التحرير بعد النسخ حيث أن عديدات النيوكليوتيدات الوليدة لا تحتوي على نيوكليوسيدات محررة. [28]

اكتب تحرير

يتطلب تحرير C to U لـ ApoB mRNA مركب تحرير أو holoenzyme (جسيم تحرير) يتكون من إنزيم تحرير Apolipoprotein B mRNA و polypeptide 1 (ApoBEC-1) بالإضافة إلى عوامل مساعدة أخرى. ApoBEC-1 هو بروتين يتم ترميزه في البشر بواسطة APOBEC1 الجين. [29] [1] وهو عضو في عائلة سيتيدين ديميناز. لا يكفي ApoBEC-1 وحده لتحرير ApoB mRNA [30] ويتطلب واحدًا على الأقل من هذه العوامل المساعدة ، وهو عامل تكميل APOBEC1 (A1CF) [31] لحدوث التحرير. يحتوي A1CF على 3 تكرارات غير متطابقة. وهي تعمل كوحدة فرعية لربط الحمض النووي الريبي وتوجه ApoBEC-1 إلى ApoB mRNA في اتجاه مجرى السيتيدين المحرر. [32] من المعروف أن العوامل المساعدة الأخرى جزء من holoenzyme. تم التعرف على بعض هذه البروتينات. هذه هي بروتين CUG المرتبط 2 (CUGBP2) ، [33] SYNCRIP (بروتين ربط الحمض النووي الريبي الغني بالجليسين-أرجينين-التيروزين ، GRY-RBP) ، [34] بروتين نووي ريبوني نووي غير متجانس (hnRNP) -C1 ، [35] ربط ApoBEC-1 بروتين (ABBP) 1 ، ABBP2 ، [36] بروتين الربط التنظيمي للربط التنظيمي من نوع KH (KSRP) ، أنثوجين 4 المرتبط بـ Bcl-2 (BAG4) ، [37] والعامل المساعد (AUX) 240. [38] تم تحديد جميع هذه البروتينات باستخدام فحوصات الكشف ، وقد ثبت أنها تتفاعل مع ApoBEC-1 أو A1CF أو ApoB RNA. وظيفة هذه البروتينات المساعدة في مجمع التحرير غير معروفة. بالإضافة إلى تحرير ApoB mRNA ، فإن تعديل ApoBEC-1 يقوم أيضًا بتحرير mRNA لـ NF1. يعد تحرير mRNA لـ ApoB mRNA أفضل مثال محدد لهذا النوع من تحرير C إلى U RNA في البشر.

تحرير الموقع

على الرغم من كونه نسخة طويلة من 14000 بقايا ، إلا أن السيتيدين واحد مستهدف للتحرير. تم العثور داخل ApoB mRNA على تسلسل يتكون من 26 نيوكليوتيد ضروري للتحرير. يُعرف هذا باسم فكرة التحرير. تم تحديد هذه النيوكليوتيدات (6662 - 6687) على أنها ضرورية من خلال تجارب الطفرات الخاصة بالموقع. [39] جزء من 11 نيوكليوتيد من هذا التسلسل 4-5 نيوكليوتيدات في اتجاه مجرى موقع التحرير منطقة مهمة تعرف باسم تسلسل الإرساء. [40] تم العثور على منطقة تسمى عنصر المباعد 2-8 نيوكليوتيدات بين النيوكليوزيد المحرر وتسلسل الإرساء هذا. [41] هناك أيضًا تسلسل تنظيمي 3 لموقع التحرير. يُعتقد أن الموقع النشط لـ ApoBEC-1 ، المكون الحفاز للتحرير holoenzyme ، يرتبط بمنطقة غنية بالاتحاد الأفريقي من تسلسل الإرساء بمساعدة ACF في ربط المركب بـ mRNA. [42] توجد بقايا السيتدين المعدلة في نوكليوتيد 6666 الموجود في إكسون 26 من الجين. يؤدي التحرير في هذا الموقع إلى تغيير كودون من كودون جلوتامين (CAA) إلى كودون توقف تحت الإطار (UAA). [26] تم الكشف عن نمذجة الكمبيوتر لإجراء التحرير ، ويقع Cytidine المحرر في حلقة. [40] اختيار السيتيدين المحرر يعتمد بشكل كبير على هذه البنية الثانوية للحمض النووي الريبي المحيط. هناك أيضًا بعض الدلائل على أن منطقة الحلقة هذه تتشكل بين تسلسل الإرساء والمنطقة التنظيمية 3 من ApoB mRNA. [43] يُعتقد أن البنية الثانوية المتوقعة التي تكونت بواسطة ApoB mRNA تسمح بالتلامس بين البقايا المراد تحريرها والموقع النشط لـ APOBEC1 بالإضافة إلى ارتباط ACF والعوامل المساعدة الأخرى المرتبطة بجسيم التحرير.

تحرير اللائحة

يتم تنظيم عملية تحرير ApoB mRNA في البشر ، حيث يكون ApoB48 هو بروتين ApoB الرئيسي للأمعاء الدقيقة لدى البشر. يحدث بكميات أقل في القولون والكلى والمعدة مع النسخة غير المعدلة. [44] يتم أيضًا تنظيم التحرير من الناحية التطورية مع ترجمة النسخة غير المحررة فقط في وقت مبكر من التطوير ولكن الشكل المحرر يزداد أثناء التطور في الأنسجة حيث يمكن أن يحدث التحرير. [45] [46] وقد ثبت أن تعديل مستويات ApoB mRNA تختلف استجابة للتغيرات في النظام الغذائي. التعرض للكحول ومستويات الهرمونات. [47] [48] [49]

تحرير الحفظ

يحدث تحرير ApoB mRNA أيضًا في الفئران والجرذان. على عكس البشر يحدث التعديل في الكبد عند الفئران والجرذان بنسبة تصل إلى 65٪. [50] لم يتم ملاحظته في الطيور أو الأنواع الأقل. [51]

تحرير النتائج

تحرير الهيكل

ينتج عن التحرير تغيير كودون يؤدي إلى إنشاء كودون توقف داخل الإطار يؤدي إلى ترجمة بروتين مبتور ، ApoB48. ينتج عن كودون التوقف هذا ترجمة بروتين يفتقر إلى نهاية الكربوكسيل التي تحتوي على مجال ربط البروتين الدهني منخفض الكثافة LDLR. البروتين الكامل ApoB100 الذي يحتوي على ما يقرب من 4500 من الأحماض الأمينية موجود في VLDL و LDL. نظرًا لأن العديد من أجزاء ApoB100 في حالة amphipathic ، فإن بنية بعض مجالاتها تعتمد على ظروف الدهون الأساسية. ومع ذلك ، من المعروف أن لديها نفس الطي الكلي في LDL الذي يحتوي على خمسة مجالات رئيسية. في الآونة الأخيرة ، تم العثور على أول بنية من LDL عند درجة حرارة جسم الإنسان في الحالة الأصلية باستخدام المجهر الإلكتروني بالتبريد بدقة 16 أنجستروم. [52] تم تأكيد الطي الكلي لـ ApoB-100 وتم تحديد بعض التباين في البنية المحلية لمجالاته.

تحرير الوظيفة

يقتصر التحرير على تلك النصوص المعبر عنها في الأمعاء الدقيقة. هذه النسخة الأقصر من البروتين لها وظيفة خاصة بالأمعاء الدقيقة. الوظيفة الرئيسية للكبد كامل الطول المُعبر عنها ApoB100 هي بمثابة رابط لتنشيط LDL-R. ومع ذلك ، ينتج عن التحرير بروتين يفتقر إلى منطقة ارتباط LDL-R للبروتين. هذا يغير وظيفة البروتين وبروتين ApoB48 الأقصر كوظائف محددة تتعلق بالأمعاء الدقيقة. ApoB48 مطابق للمحطة الأمينية 48٪ من ApoB100. [53] وظيفة هذا الشكل الإسوي هي امتصاص الدهون من الأمعاء الدقيقة وتشارك في تخليق وتجميع وإفراز الكيلومكرونات. تنقل هذه الكيلومكرونات الدهون الغذائية إلى الأنسجة بينما يمتص الكيلومكرونات المتبقية جنبًا إلى جنب مع الدهون المتبقية في 2-3 ساعات عن طريق تفاعل صميم البروتين E (ApoE) مع مستقبلات البروتين الدهني. إنه بروتين ApoB السائد في الأمعاء الدقيقة لمعظم الثدييات. إنه بروتين رئيسي في المسار الخارجي لعملية التمثيل الغذائي للبروتين الدهني. يتم استقلاب البروتينات المعوية التي تحتوي على ApoB48 إلى جزيئات بقايا الكيلومكرونات والتي يتم امتصاصها بواسطة المستقبلات المتبقية.


يمكن أن يؤدي تناول الأطعمة مثل اللحوم الحمراء ومنتجات الألبان والحليب كامل الدسم وصفار البيض إلى ارتفاع مستويات الكوليسترول في الدم. يمكن أن تؤدي زيادة الوزن إلى ارتفاع مستوى الكوليسترول السيئ وانخفاض مستوى الكوليسترول الجيد. أيضًا ، بعد أن تمر النساء بسن اليأس ، تميل مستويات الكوليسترول السيئ لديهن إلى الزيادة.

يمكنك خفض مستويات الكوليسترول عن طريق إجراء تغييرات على نمط حياتك. هنا بعض النصائح.

  • تناول الأطعمة التي تحتوي على نسبة أقل من الدهون والدهون المشبعة والكوليسترول.
  • انزع الجلد والدهون من اللحوم والدواجن والأسماك.
  • تناول الأطعمة المشوية أو المخبوزة أو المحمصة أو المسلوقة بدلاً من المقلية.
  • تناول الكثير من الفاكهة والخضروات كل يوم.
  • تناول الحبوب والخبز والأرز والمعكرونة المصنوعة من الحبوب الكاملة ، مثل خبز القمح الكامل أو السباغيتي.
  • احصل على 30 دقيقة على الأقل من التمارين المعتدلة إلى الشديدة كل يوم. تحدث إلى طبيبك حول أكثر الطرق أمانًا وأفضلها لممارسة الرياضة.
  • فقدان الوزن إذا كنت بدينة.
  • كف عن التدخين.
  • تناول دواء الكوليسترول الخاص بك كما هو موصوف من قبل طبيبك.

الملخص

موضوعي-

كان الهدف من هذه الدراسة هو فهم الأساس الجزيئي لكيفية تسبب استبدال الأحماض الأمينية C112R الذي يميز البروتينات الدهنية البشرية (apo) E4 عن apoE3 بتوزيع البروتين الدهني والكوليسترول في البلازما الأكثر بروزًا والذي يُعرف ارتباطه بالتعبير عن apoE4.

النهج والنتائج -

تم استخدام الفيروسات المرتبطة بالغدة ، النمط المصلي 8 (AAV8) ، للتعبير عن مستويات مختلفة من apoE3 البشري ، و apoE4 ، والعديد من متغيرات الاقتطاع الطرفي C والحذف الداخلي في الفئران C57BL / 6 apoE-null ، والتي تظهر خلل بروتيني شحمي ملحوظ. تم تحليل البلازما التي تم الحصول عليها من هذه الفئران بعد أسبوعين من تحليل AAV8 لمستويات الكوليسترول والدهون الثلاثية ، وكذلك لتوزيع الكوليسترول بين أجزاء البروتين الدهني. تسبب التعبير الكبدي عن apoE3 و apoE4 في انخفاض مماثل يعتمد على الجرعة في كوليسترول البلازما والدهون الثلاثية إلى المستويات التي شوهدت في التحكم C57BL / 6 الفئران. الأهم من ذلك ، في نفس الانخفاض في إجمالي الكوليسترول في البلازما ، أدى التعبير عن apoE4 إلى ارتفاع مستوى البروتين الدهني منخفض الكثافة جدًا (VLDL-C) وانخفاض مستويات البروتين الدهني عالي الكثافة - الكوليسترول بالنسبة إلى حالة apoE3. يلعب المجال C-terminal والمخلفات 261 إلى 272 على وجه الخصوص دورًا حاسمًا ، لأن حذفها أثر بشكل ملحوظ على أداء كل من الأشكال الإسوية.

الاستنتاجات -

يمتلك ApoE4 قدرة محسنة على ربط الدهون و VLDL بالنسبة إلى apoE3 ، مما يؤدي إلى ضعف المعالجة الدهنية لـ VLDL في الفئران التي تعبر عن apoE4. تقلل هذه التأثيرات من إزالة بقايا VLDL من حجرة البلازما وتقلل من كمية مكونات سطح VLDL المتاحة للدمج في تجمع البروتين الدهني عالي الكثافة ، وهو ما يمثل شكل البروتين الدهني الأكثر بروزًا (نسبة VLDL-C أعلى / نسبة البروتين الدهني عالي الكثافة إلى الكوليسترول) تحدث في الحيوانات التي تعبر عن apoE4 مقارنة بنظيراتها من apoE3.

مقدمة

صميم البروتين الشحمي (apo) E هو جزيء ذو أهمية بيولوجية وطبية حيوية كبيرة. إن apoE البشري متعدد الأشكال ، والنوع البري (apoE3) مرتبط بعلم وظائف الأعضاء الطبيعي ، والذي يتضمن ، من بين وظائف أخرى ، التوسط في نقل الكوليسترول في كل من الدورة الدموية والجهاز العصبي المركزي. 1-3 في المقابل ، فإن استبدال C112R ، الذي يحول apoE3 إلى apoE4 ، يرتبط بالعقابيل المرضية ، وهي زيادة خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية ومرض الزهايمر. 4 وبالتالي ، هناك حاجة مهمة لفهم أسباب اختلاف العلاقات بين البنية والوظيفة لكل من apoE3 و apoE4.

ApoE عبارة عن يجند لمستقبل البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDL) (LDL) ويعمل كوظيفة مضادة للتطور عن طريق التوسط في إزالة بقايا البروتين الدهني منخفض الكثافة جدًا (VLDL) ، وبالتالي تقليل نسبة الكوليسترول في البلازما. يرتبط ApoE3 و apoE4 بشكل مشابه بـ LDLR 7 ، ولكن بالمقارنة مع apoE3 ، فإن apoE4 يقلل من نسبة الكوليسترول في البلازما لدى البشر مما يؤدي إلى زيادة توزيع البروتين الدهني والكوليسترول. 8 أسباب هذا التناقض ليست مفهومة تمامًا ولكنها على الأرجح نتيجة لتوزيعات البروتين الدهني المختلفة لـ apoE3 و apoE4 في البلازما. عند إضافته إلى البلازما ، يرتبط apoE3 بشكل تفضيلي بالبروتين الدهني عالي الكثافة (HDL) ويربط apoE4 أكثر بـ VLDL. 9 لقد اكتشفنا مؤخرًا الأساس الجزيئي لهذا التأثير. 10 ApoE4 exhibits better lipid-binding ability than apoE3, and the strong lipid-binding ability of apoE4 coupled with the VLDL particle surface being predominantly covered with lipid (in contrast to the primarily protein-covered surface of HDL particles) leads to apoE4 binding better than apoE3 to VLDL.

The human apoE molecule possesses an N-terminal helix bundle domain (residues 1–191) that contains the LDLR recognition site and a C-terminal domain (residues 192–299) that initiates lipid binding. 11–15 The substitution C112R, which differentiates apoE3 and apoE4, is located in the helix bundle domain and destabilizes it. 16,17 As a consequence, the interactions between the N- and C-terminal domains are altered, leading to a different organization of the segment spanning residues 261 to 272, which plays a critical role in the interaction with lipid surfaces this structural change is the basis for the preferential binding of apoE4 to VLDL. 10,18

Here, we apply the above understanding of apoE–lipoprotein interactions in vitro to an investigation of how the enhanced binding of apoE4 to VLDL alters lipoprotein metabolism, as compared with the effects of apoE3. Previously, we have used an adeno- associated virus serotype 8 (AAV8) system to express human apoE in apoE-null mice, 19 and now we extend this work by expressing apoE3, apoE4, and C-terminal deletion variants of both isoforms at different doses and measuring the effects on plasma cholesterol levels and lipoprotein-cholesterol distributions. The results reveal which parts of the C-terminal domains of apoE3 and apoE4 determine the abilities of the 2 molecules to mediate clearance of plasma cholesterol. The 2 isoforms behave differently with respect to their abilities to mediate lipolytic processing of VLDL remnants and production of HDL particles, leading to the more proatherogenic VLDL-cholesterol/HDL-cholesterol distribution observed with apoE4 compared with apoE3.

المواد والأساليب

Materials and Methods are provided in the online-only Supplement.

نتائج

Effects of ApoE3 and ApoE4 on Plasma Cholesterol and Lipoprotein Levels

Figure 1 shows how treatment of apoE-null mice with increasing doses of apoE3- and apoE4-AAV8 reduces plasma cholesterol and triglyceride levels. Consistent with our earlier report with apoE3-AAV8, 19 a dose of 10E10 gc AAV8 expressing either apoE3 or apoE4 is sufficient to eliminate the marked hyperlipidemia characteristic of apoE-null mice on a chow diet 20,21 and reduce the plasma lipid levels to those characteristic of control C57BL/6 mice. Importantly, unlike the situation when apoE is acutely overexpressed by the use of adenovirus vectors, 22,23 there is no evidence of hypertriglyceridemia. The hepatic content of human apoE mRNA exhibits a hyperbolic dependence on AAV8 dose with the expression levels of apoE3 and apoE4 being the same at any given dose (Figure I in the online-only Data Supplement). Consistent with previous work using different doses of AAV8 to express human apolipoproteins in mice, 24 the hepatic content of human apoE mRNA determines the amount of apoE variant appearing in plasma. The plasma levels of human apoE3 and apoE4 are comparable, and in mice 2 weeks after treatment with AAV8 doses of 1E10, 3E10, and 10E10 gc are ≈3, 5, and 20 µg/mL, respectively. It is problematic to determine the distributions of apoE3 and apoE4 between VLDL and HDL, because the highly efficient clearance of apoE from the plasma compartment leads to low-apoE concentrations. Thus, at low AAV8 doses, there is relatively more VLDL present but very little apoE expression and, conversely, at high AAV8 doses, the increased apoE leads to clearance of practically all of the VLDL.

شكل 1. Influence of expression of human apoE3 and apoE4 on (أ) plasma cholesterol and (ب) triglyceride levels in apoE-null mice. The mice (5 per group) were treated with the indicated doses (gc) of AAV8 to express either apoE3 or apoE4. The mice were bled before and 2 weeks after administration of the AAV8, and samples of plasma were prepared for analysis of cholesterol and triglyceride levels. The lipid levels in the plasma samples are plotted relative to the values before treatment with AAV8. The 100% values were 618±27 mg cholesterol/dL (mean±SEM, n=23) and 114±3 mg triglyceride/dL (mean±SEM, n=25).

Although apoE3 and apoE4 reduce plasma total cholesterol levels to the same extent (Figure 1A), the 2 apoE isoforms give rise to different lipoprotein–cholesterol distributions (Figure 2). It is apparent that, at the same level of expression, apoE4 gives rise to a more proatherogenic lipoprotein profile with a higher level of cholesterol in VLDL/intermediate-density lipoprotein (IDL)/LDL and a lower level in HDL, relative to the apoE3 situation. The effects of different levels of expression of apoE3, apoE4, and apoE4 (1–260) on the lipoprotein-cholesterol distribution are compared in Figure 3A–3C. In all cases, the progressive decrease in levels of apoB-containing lipoproteins (VLDL+IDL+LDL) with increasing apoE expression is apparent. Comparison of the elution volumes indicates that IDL and LDL particle size decreases at higher levels of apoE expression, consistent with triglyceride removal by lipolysis. Figure 3D shows how the level of apoE expression modulates the lipolytic conversion of the VLDL-cholesterol (VLDL-C) fraction into the (IDL-C+LDL-C) fraction. In the case of increasing apoE3 expression, the fractional distribution of cholesterol between the (IDL+LDL) and VLDL fractions increases from the value of 0.4 seen in untreated mice to a value of 0.75 in mice treated with 10E10 gc AAV8. The latter value is essentially the same as the ratio of 0.77 seen for plasma of control C57BL/6 mice (data not shown). The equivalent increase in the fractional distribution with apoE4 expression is to a value of 0.54, reflecting relatively poor conversion of VLDL to IDL+LDL (Figure 3D). Strikingly, deletion of residues 261 to 299 from apoE4 to give the 1 to 260 variant increases the fractional distribution to 0.72 at 10E10 gc AAV8, which is similar to the behavior of apoE3. It is apparent that removal of the C terminus reduces the lipid-binding ability of apoE4 10,18 but enhances its ability to mediate lipolytic conversion of VLDL into IDL + LDL.

الشكل 2. Distribution of lipoprotein cholesterol in apoE-null mice treated with AAV8 to express either human apoE3 or apoE4. Two weeks after administration of 1E10 gc AAV8, the mice (5 per group) were bled, and samples of pooled plasma were fractionated by chromatography on a Superose 6 gel filtration column. The cholesterol levels in the lipoprotein fractions were determined using a Wako enzymatic kit. HDL indicates high-density lipoprotein LDL, low-density lipoprotein IDL, intermediate-density lipoprotein and VLDL, very low-density lipoprotein.

الشكل 3. Influence of the level of expression of apoE3, apoE4, or apoE4 (1–260) on the lipoprotein-cholesterol distribution in apoE-null mice. The mice (5 per group) were treated with the indicated doses of AAV8, and 2 weeks later samples of pooled plasma were analyzed by gel filtration chromatography as described in the legend to Figure 2. In أ, the elution profile for plasma from untreated apoE-null mice is plotted with filled circles. في أج, the profiles correspond to the following AAV8 doses (gc): (O) 1E10, (Δ) 3E10, (▽) 10E10. د, The influence of AAV8 dose on the distribution of lipoprotein cholesterol between the VLDL and (IDL+LDL) fractions. The ordinate shows the fractional distribution, which represents the ratio (IDL-C + LDL-C)/([IDL-C + LDL-C] + VLDL-C). The VLDL-C and (IDL-C + LDL-C) values are the cholesterol masses that elute from the gel filtration column between 1 to 4.5 mL and 5 to 14 mL, respectively. The fractional distribution calculated in this fashion for untreated apoE-null mice (elution profile ● in أ) has a value of 0.4. HDL indicates high-density lipoprotein IDL, intermediate-density lipoprotein LDL, low-density lipoprotein and VLDL, very low-density lipoprotein.

The apoE isoform effect on the conversion of VLDL into IDL + LDL is also associated with differences in HDL-C levels. The relatively high VLDL-C and low HDL-cholesterol (HDL-C) levels for apoE4 shown in Figure 2 for an AAV8 dose of 1E10 gc occur at all AAV8 doses investigated (Figure IIA and IIB in the online-only Data Supplement). ApoE3 gives lower VLDL-C levels and higher HDL-C levels across the range of doses used. Greater expression of apoE3 increases the relative HDL-C value but this effect is not seen with apoE4, so that unlike the situation with apoE3, where high expression reduces the VLDL-C/HDL-C ratio to the very low-level (≈0.1) characteristic of control C57BL/6 mice, the ratio remains >1 for apoE4-expressing mice (Figure IIC in the online-only Data Supplement). Figure 4 shows the VLDL-C/HDL-C ratios for mice expressing different levels of apoE3 and apoE4 as a function of the relative plasma cholesterol level. The ratio is strongly dependent on total plasma cholesterol level and decreases progressively to a very low value as cholesterol is cleared from the plasma compartment by apoE3. The situation for apoE4 is similar at lower expression levels, but when the relative plasma cholesterol level decreases below ≈50%, the VLDL-C/HDL-C ratio does not decrease and remains in the range 1 to 2.

الشكل 4. Influence of apoE structure on the distribution of lipoprotein cholesterol. Lipoprotein-cholesterol profiles of the type depicted in Figure 3 obtained using plasma from mice treated with different apoE AAV8 doses were analyzed for the distributions of very low-density lipoprotein–cholesterol (VLDL-C) and high-density lipoprotein–cholesterol (HDL-C elution volume =15–20 mL). The VLDL-C/HDL-C ratios at each dose of apoE3- and apoE4-AAV8 are shown in Figure II in the online-only Data Supplement. The resultant VLDL-C/HDL-C ratios are plotted here as a function of the relative plasma cholesterol level in the mice treated with the different AAV8 doses (Figure 1, أعلى). Comparison of the data for wild-type (WT) apoE4 and apoE4 (1–260) gives an indication of the influence of residues 261 to 299 in apoE4 on the VLDL-C/HDL-C ratio.

Influence of C-Terminal Domain on ApoE Functionality

The presence of the C-terminal domain (residues 192–299) is vital for the ability of apoE3 to reduce plasma cholesterol, because expression of the isolated N-terminal helix bundle domain (residues 1–191) at very high dose fails to reduce plasma cholesterol (Figure III in the online-only Data Supplement). In contrast, the same structural manipulation only partially decreases the ability of apoE4 to lower plasma cholesterol (Figure III in the online-only Data Supplement). To understand the contribution of the C-terminal domain in more detail, we examined the effects of deleting segments of this domain of apoE3 and apoE4 on the abilities of the 2 isoforms to reduce plasma cholesterol levels when expressed in apoE-null mice. The results are summarized in the Table. Deletion of either residues 273 to 299 or 192 to 260 in both apoE isoforms has little or no effect on the plasma cholesterol-lowering abilities. In marked contrast, removal of residues 261 to 272 has major effects. Thus, the effectiveness of the 1 to 260 and Δ261 to 272 variants is reduced, with the reduction being greater for apoE3 than for apoE4. The contribution of residues 261 to 272 to the cholesterol-lowering ability of apoE is emphasized by the fact that a 3-times higher AAV8 dose of 1E11 gc is required to give the plasma cholesterol reductions for the Δ261 to 272 variants listed in the Table. This need for a higher expression level of the Δ261 to 272 variants is not because of reduced appearance of these proteins in the plasma compartment. At an AAV8 dose of 1E11 gc, the plasma concentrations of apoE3 (Δ261–272) and apoE4 (Δ261–272) are 33.8±13.4 (n=5) and 34.0±2.0 µg/mL (n=3 mean±SEM), respectively these values are similar to the concentration of ≈20 µg/mL observed with apoE3 and apoE4 at the same AAV8 dose. This result proves that removal of residues 261 to 272 has a direct effect on the functionality of apoE in the plasma compartment. The poor performance of apoE3 (Δ261–272) and apoE3 (1–260) in reducing plasma cholesterol is not a result of loss of ability of these molecules to bind to the LDLR (Table I in the online-only Data Supplement). All the apoE3 and apoE4 C-terminal variants can bind to the LDLR, as might be expected given that the receptor recognition site (residues 136–150) is located in the N-terminal helix bundle domain. The reductions in plasma total cholesterol induced by the apoE C-terminal variants (Table) are accompanied by decreases in the VLDL-C/HDL-C ratio, with the dependence of this ratio on relative plasma cholesterol level being generally similar to that shown for apoE3 in Figure 4. It is noteworthy that removal of residues 261 to 299 eliminates the aberrant behavior of apoE4 and allows the VLDL-C/HDL-C ratio to decrease to the low value observed with apoE3 (data for apoE4 and apoE4 [1–260] in Figure 4). This effect occurs because, as shown in Figure 3D, the fractional conversion of VLDL to IDL + LDL is greater with apoE4 (1–260) than with apoE4 and similar to that seen with apoE3. As a consequence, VLDL-C is decreased and HDL-C is increased, so that the VLDL-C/HDL-C ratio is reduced.

طاولة. Comparison of Effects of C-Terminal Domain Alterations on Plasma Cholesterol-Lowering Abilities of ApoE3 and ApoE4

* The AAV8 dose was 3E10 gc except for apoE Δ261–272 and apoE (1–191), where the doses were 1E11 and 1E12 gc, respectively.

† Values (mean±SEM) were obtained from independent experiments with 5 apoE-null mice/group. In some cases, multiple (n) independent experiments were performed: n=2 for apoE4 (1–299) and apoE3 (Δ261–272) n=3 for apoE4 (1–260) n=4 for apoE4 (1–299), apoE3 (1–191), and apoE4 (1–191). ANOVA followed by Dunnett multiple comparison test indicates that within the apoE3 variants the reductions in plasma cholesterol for 1 to 260, Δ261 to 272, and 1 to 191 are significantly different (ص<0.05) from the 1 to 299 value. Similarly, for the apoE4 variants, the values for 1 to 260 and 1 to 191 are significantly lower than the 1 to 299 value. Comparisons between apoE3 and apoE4 variants by unpaired ر test indicates that the plasma cholesterol reductions for the 1 to 260, Δ261 to 272, and 1 to 191 variants are significantly different.

‡ The relative efficiencies of plasma cholesterol reduction are normalized to the value for wild-type apoE (apoE [1–299]). The reference value for the apoE (Δ261–272) variants, where the AV8 dose was 1E11 gc is the reduction in plasma cholesterol (87%) for apoE (1–299) at the same dose. The reference value for the apoE4 (1–191) calculation is the same the reductions in plasma cholesterol for 1E11 gc and 1E12 gc AAV8 doses of apoE (1–299) are the same.

As mentioned above, apoE4 is exceptional in giving rise to a high VLDL-C/HDL-C ratio even when expressed at high doses (Figure 4). Removal of C-terminal residues 273 to 299 to give the apoE4 (1–272) variant normalizes this behavior, and the VLDL-C/HDL-C distribution becomes like that of apoE3 (Figure 5). Importantly, deletion of these residues from apoE4 does not interfere with the ability to reduce plasma cholesterol (Table) but only eliminates the more proatherogenic lipoprotein–cholesterol distribution.

الشكل 5. Distribution of lipoprotein cholesterol in apoE-null mice treated with AAV8 (1E10gc) to express either human apoE3 or apoE4 (1–272). The experimental conditions were the same as those described in the legend to Figure 2. HDL indicates high-density lipoprotein IDL, intermediate-density lipoprotein LDL, low-density lipoprotein and VLDL, very low-density lipoprotein.

مناقشة

Plasma Cholesterol-Lowering Abilities of ApoE3 and ApoE4

The finding that AAV8-mediated hepatic expression of human apoE3 and apoE4 corrects the hyperlipidemia in apoE-null mice is consistent with previous work with human apoE-transgenic mice. 25 In both the AAV8-treated animals (Figure 1) and the transgenic mice, the reduction in plasma cholesterol is the same with apoE3 and apoE4 expression. This observation is consistent with both isoforms binding similarly to the LDLR 7 and with this receptor being critical for VLDL remnant clearance in apoE-null mice. 26 Because apoE has to bind appropriately to the VLDL remnants to mediate their uptake by the LDLR pathway, the low efficiency of plasma cholesterol reduction exhibited by apoE (1–191) variants, which lack the lipid-binding C-terminal domain (Table), is unsurprising. Although both apoE3 (1–191) and apoE4 (1–191) can bind to VLDL, albeit poorly, 10 expression of the former has no effect on plasma cholesterol, whereas expression of the latter does. A possible explanation for the activity with apoE4 is that the lower stability of its helix bundle domain, attributable to the presence of R112, 16 allows the bundle to open 12,13 permitting the receptor-binding site (residues 136–150) 11 to interact with the LDLR. In contrast, the more stable helix bundle in apoE3 (1–191) does not open, which eliminates LDLR binding and any reduction in plasma cholesterol.

The contributions of the helix bundle domain and various segments of the C-terminal domain in apoE3 and apoE4 to plasma cholesterol lowering are summarized in Figure 6. It is apparent from the values of the fractional segmental contribution to cholesterol-lowering efficiency (F) that residues 261 to 272 make the largest contribution in both apoE isoforms. This effect of residues 261 to 272 is consistent with the ability of apoE to bind to lipoprotein surfaces being critical for plasma cholesterol lowering because this segment, which forms a hydrophobic surface patch, 13 is key for lipid emulsion and VLDL-binding activity. 10,27 However, the plasma cholesterol-lowering ability of apoE variants does not always correlate simply with lipid and VLDL-binding ability. The different F value for residues 261 to 272 in apoE3 and apoE4 is consistent with the structural organization of this segment being different in the 2 proteins, 18 but it is not clear at this time why F is larger for apoE3. The finding that F=0 for residues 273 to 299 (Figure 5) indicates that the VLDL-binding ability as measured in vitro and the ability to reduce plasma cholesterol in vivo do not correlate well because deletion of these residues significantly reduces VLDL binding in vitro 10 but does not impair cholesterol lowering in vivo. A possible explanation for this apparent discrepancy is that there is a threshold level of apoE on VLDL required for clearance by the LDLR, and removal of residues 273 to 299 does not reduce the VLDL apoE content below the threshold.

الشكل 6. Contributions of different regions of the apoE3 and apoE4 molecules to their abilities to clear plasma cholesterol. The linear representations of the amino acid sequences show the position in the N-terminal helix bundle domain of the C112R substitution that distinguishes the 2 isoforms. The fractional contribution to plasma cholesterol-lowering (F) is indicated beneath the indicated segments of the apoE3 and apoE4 molecules. The F values are calculated from the relative efficiencies of plasma cholesterol reduction for the apoE3 and apoE4 C-terminal truncation variants (1–272), (1–260), and (1–191) listed in the Table. For instance, the F value (0.8) of the segment spanning residues 261 to 272 in apoE3 is obtained by subtracting the cholesterol-lowering efficiency of apoE3 (1–260) (0.2) from that of apoE3 (1–272) (1.0). The F values derived in this fashion are different from the values inferred from the behavior of the apoE variants containing internal deletions (Δ192–260 and Δ261–272) probably because, compared with the simple removal of residues from the C-terminal end of the molecule, removal of these internal segments leads to greater structural reorganization of the entire C-terminal domain. The importance of the segment spanning residues 261 to 272 is highlighted by the hatched rectangle marking this section of the apoE molecule. See text for further details.

Differential Effects of ApoE3 and ApoE4 on Plasma Lipoprotein–Cholesterol Distribution

Besides being critical for the ability to reduce plasma cholesterol, the relative lipid- and lipoprotein-binding abilities of apoE3 and apoE4 have important consequences for the distribution of cholesterol between the VLDL and HDL fractions of plasma. The scheme in Figure 7 presents the mechanistic basis for the higher VLDL-C/HDL-C ratio found in apoE4-expressing mice compared with animals expressing the same level of apoE3 and having the same plasma total cholesterol level (Figure 2) this effect is not peculiar to AAV8-treated mice, because the VLDL-C level is also higher in apoE4 transgenic mice compared with their apoE3 counterparts. 25 The critical effect of the apoE content of VLDL remnants on lipoprotein lipase–mediated lipolysis is well established. This apoE content has to be sufficient to support LDLR binding but not too high otherwise lipolysis is inhibited, 28–30 and HDL formation by release of excess surface components 31 is reduced. The inhibition of lipoprotein lipase activity probably occurs because the apoC-II cofactor is displaced from the surface of the VLDL particle. 5,32 ApoE3 binds better to HDL than to VLDL 9,10 and is apparently distributed appropriately between these lipoproteins in vivo. As a consequence, progress down the lipolytic cascade is optimal (Figure 3D), so that there is efficient formation of small VLDL remnants possessing apoE3 content suitable for effective binding to the LDLR and removal from plasma. 6 The result for apoE3-expressing mice is that a relatively low VLDL-C/HDL-C ratio is attained (represented by the ratio c/d in Figure 7). The greater lipid-binding ability of apoE4 (attributable to the altered conformation of the segment spanning residues 261–272) 18 increases the concentration of apoE4 on the VLDL surface, so that more apoC-II is displaced and lipolysis is inhibited relative to the apoE3 situation. Thus, in apoE4-expressing animals, the steady state VLDL-C/HDL-C distribution is relatively high (represented by the ratio a/b in Figure 7). The critical role for the ability of apoE to partition appropriately between VLDL and HDL during the lipolytic cascade is supported by the observation that apoE4 (1–272) behaves more like apoE3 than apoE4 (Figure 5). Removal of residues 273 to 299 from apoE4 reduces VLDL binding to a level below that of apoE3, 10 so that the in vivo lipolytic processing of VLDL remnants is not impaired in mice expressing apoE4 (1–272). This result suggests that pharmacological intervention in apoE4 subjects to reduce the apoE content of VLDL could be beneficial therapeutically.

الشكل 7. Schematic comparing the influence of apoE3 and apoE4 on the lipolysis cascade involved in the catabolism of very low-density lipoprotein (VLDL) particles. After secretion from the liver into the plasma compartment, the triglyceride (TG) in VLDL is hydrolyzed by lipoprotein lipase (LPL) with apoC-II as a cofactor leading to the creation of intermediate-density lipoprotein (IDL) and progressively smaller remnant particles. ApoE bound to these particles mediates their interaction with the low-density lipoprotein receptor (LDLR) and clearance from plasma (the lower curved arrow shows the decrease in VLDL and remnant cholesterol levels). As the VLDL/IDL remnants shrink because of the removal of core TG, excess surface components (phospholipid, cholesterol, and apoE) are released into the high-density lipoprotein (HDL) pool (upper curved arrow shows the increase in HDL-cholesterol level). ApoE3 partitions between the VLDL and HDL pools, so that lipolysis, clearance of VLDL remnant cholesterol, and HDL formation are optimal. In the diagram, points c and d represent the VLDL/IDL-cholesterol and HDL-cholesterol levels, respectively, when apoE3 is expressed. Relative to apoE3, apoE4 binds more to VLDL, because of its higher lipid affinity leading to inhibition of lipolysis (probably because of displacement of apoC-II), so that, at the same apoE expression level, progression down the lipolysis cascade is relatively limited in the case of apoE4 (Figure 3D). The ratio a/b represents the apoE4 VLDL-C/HDL-C ratio, which is higher than the apoE3 ratio c/d (as seen in the experimental results in Figures 2, 4, and Figure II in the online-only Data Supplement). It should be noted that the alternate ABCA1 pathway for production of HDL is not included in the scheme presented here. However, this pathway cannot contribute to the different HDL levels found with apoE3 and apoE4 expression, because both isoforms interact identically with ABCA1 and produce nascent HDL particles at the same rate. 35 See text for further details.

In summary, relative to apoE3-expressing mice, the apoE4 mice exhibit a proatherogenic lipoprotein profile, which explains the increased atherosclerosis seen in such animals. 25 The mechanistic causes for this pathological effect associated with the presence of apoE4 are as follows: (1) the structural change of the segment spanning residues 261 to 272 caused by the C112R substitution in apoE4, (2) the resultant increased lipid-binding ability of apoE4 relative to apoE3 that leads to changes in the apoE content of VLDL, (3) impaired lipolytic processing, and (4) reduced VLDL remnant clearance from the plasma compartment and movement of excess VLDL surface components into the HDL pool. Knowledge of these molecular mechanisms that underlie the ability of apoE to reduce plasma cholesterol may aid in the future development of effective apoE–based gene therapy approaches to reducing atherosclerosis. 33,34

شكر وتقدير

We thank Dawn Marchadier, David Nguyen, Margaret Nickel, Valeska Redon, and Maosen Sun for expert assistance.

مصادر التمويل

This work was supported by National Institutes of Health grant HL 56083 and the Gene Therapy Resource Program of the National Heart, Lung, and Blood Institute .


HDL Structure

Lipoproteins are complex chemicals that contain a core globule of fat surrounded by proteins -- called apoproteins -- that make them soluble in your body. Each class of lipoprotein contains different amounts and proportions of fats in the core, as well as specific apoproteins on their surface. HDL, which stands for high-density lipoprotein, is the smallest and densest of the lipoproteins. The density of a lipoprotein depends on the relative amounts of lipid and protein in the particles. HDL is the densest lipoprotein because it contains a relatively low amount of fat compared to its protein content. HDL particles contain primarily cholesterol in their core and apoprotein A1 and A2 at their surface.


شاهد الفيديو: 04- General physiology. Body fluids u0026 Electrolytes (قد 2022).