A lipidanyagcserében szerepet játszó ABC transzporterek

Az ABC fehérjecsalád több tagja fontos szerepet játszik a sejtek, illetve a szervezet lipidháztartásában. Különleges és speciális funkciót látnak el a hepatociták kanalikuláris membránjában elhelyezkedő ABC transzporterek. Ezek közül az ABCB11 (BSEP, sister Pgp) fehérje végzi az epesók kanalikuláris kiválasztását [23, 24], míg az ABCB4 (MDR3) fehérje a foszfatidil-kolin (PC) szekréciójáért felelős [25, 26]. Általánosan elfogadott, hogy az ABCB4 transzporter floppázként működik, azaz a transzportált szubsztrátját a sejtmembrán belső rétegéből a külsőbe fordítja, ami végeredményben nettó kiáramláshoz vezet. A foszfatidil-kolinban feldúsult, feszült állapotú membránrészek egyrészt lefűződnek, PC-vezikulákat hozva létre, másrészt a foszfatidil-kolin az epekanalikulusba szekretált epesókkal vegyes micellákat képez [25, 26] (6. ábra).

6. ábra: ABC transzporterek szerepe az epeszekrécióban. Az ABCB4 (BSEP) felelős az epesók kanalikuláris szekréciójáért, az ABCB4 (MDR3) a foszfatidil-kolint fordítja ki a membrán belső feléből a külsőbe, nettó kiáramlást idézve ezzel elő, az ABCG5/ABCG8 heterodimer pedig a koleszterin epébe juttatását végzi. Részletes magyarázatot lásd a szövegben. [11. sz. közlemény]

Némileg vitatott a jelenlegi szakirodalomban az ABCG5/ABCG8 transzporterpár szerepe az epekiválasztásban. Eredetileg a bélhámban a növényi eredetű szteroloknak a bél lumenjébe történő szelektív visszajutatásáért felelős obligát heterodimerként írták le az ABCG5/ABCG8 fehérjét [27-29]. Feltételezések szerint szintén ez a transzporterpár tehető felelőssé a koleszterin epébe történő kiválasztásáért [28, 29], azonban ezt az elképzelést újabban többen megkérdőjelezik [30, 31]. Kétféle transzportmechanizmust is javasoltak az ABCG5/ABCG8 kanalikuláris koleszterin transzport leírására: az egyik értelmében - az ABCB4 analógiájára alapozva - az ABCG5/ABCG8 heterodimer is floppázként működik [27].

A másik, ún. „aktiváció-ütközés” modell energetikai megfontolásokat is figyelembe véve azt javasolja, hogy a transzporterpár flip-flop transzlokáció nélkül csak kismértékben változtatja meg a koleszterin elhelyezkedését a membránban, de ezzel már elérhetővé válik a molekula az epekanalikulusban lévő lipidakceptorok, PC-vezikulák és vegyes micellák számára [32].

Az epeszekrécióban részt vevő ABC transzporterekben bekövetkező mutációkhoz szintén köthetők örökletes betegségek: az ABCB4 gén mutációi a 3-as típusú progresszív familiáris intrahepatikus kolesztázisért (PFIC3) [33], míg az ABCB11 génben lévő mutációk a 2-es típusú PFIC kialakulásáért tehetők felelőssé [34]. Akár az ABCG5-ben akár az ABCG8-ban bekövetkező mutációk a szitoszterolémia kórképhez vezetnek, melyet elsősorABCG8-ban a növényi eredetű szterolok felhalmozódása és korai ateroszklerózis jellemez.

A lipidháztartásában szerepet játszó ABC transzporterek között meg kell említeni a peroxiszómában expresszálódó ABCD féltranszportereket, melyek homodimereket és heterodimereket is képeznek. Az ABCD fehérjék a zsírsavak – elsősorban a nagyon hosszú szénláncú zsírsavak (VLCFA) – peroxiszómába történő felvételéért felelősek [34]. Az ABCD1 (ALD) és ABCD2 (ALDL1) transzporterek génjeiben lévő mutációk okozzák az adrenoleukodisztrófia betegséget, amely egy X-kromoszómához kötött öröklődésű, demielinizációval járó idegrendszeri kórkép [35].

Kiemelt szereppel bír a lipidanyagcserében az ABCA1 transzporter, amely a reverz koleszterin transzport egyik meghatározó eleme. Ez a transzporter felelős a koleszterinnek és a foszfolipideknek a lipid-szegény apolipoproteinekre (pl. apoA-I-re) történő transzportjáért mind a periférián, mind a májban és a vékonybélben, - fontos szerepet töltve be a felesleges celluláris koleszterin eltávolításában, illetve a nascens HDL partikulumok előállításában [36-38]. Bár az ABCA1 egy igen széles körben kutatott transzporter, működési mechanizmusa a mai napig vitatott. Egyrészt kétséges, hogy maga az ABCA1 fehérje transzporter-e vagy csak elősegíti a foszfolipidek és a koleszterin kiáramlását a sejtekből, másrészt megkérdőjelezik,

hogy a transzportfolyamathoz szükséges-e a közvetlen ABCA1-apoA-I kapcsolat, harmad-részt vitatják, hogy mindez a sejtfelszínen vagy endocitotikus vezikulákban zajlik [39].

Az ABCA1 fehérje mutációi húzódnak meg a Tangier-betegség hátterében, amelyet nagyon alacsony HDL-szint, a különböző szövetekben (pl. makrofágokban) történő nagyfokú koleszterin felhalmozódás és korai megjelenésű ateroszklerózis jellemez [40]. Újabban több más familiáris HDL-hiányos betegség, valamint egy igen ritka, öröklődő vérzékenység, a Scott betegség genetikai okaként írtak le az ABCA1 génben lévő mutációkat [41].

Az ABCA alcsalád néhány további tagja is kapcsolatban áll a lipidanyagcserével. Az ABCA4 (RmP, ABCR) kizárólag a retinában expresszálódik, és a retinoid felvételben játszik kulcsszerepet. Szubsztrátját, az N-retinil-foszfatidil-etanolamint flippáz mechanizmussal transzportálja a fotoreceptor-sejtek külső lemezeibe. Több örökletes szembetegség hátterében az ABCA4 fehérje génjében lévő mutációk húzódnak meg. Ezek közé tartozik a fiatalkori makula degenerációval járó Stargardt-betegség, a csap-pálcika disztrófia, és a kor-függő makula degeneráció (AMD) [42, 43]. Az ABCA7 fehérje a mielo-limfatikus szövetekben expresszálódik, és a koleszterin, illetve a foszfolipidek transzportjával hozzák összefüggésbe.

Funkciója nem teljesen tisztázott, de az immunsejtek lipidmetabolizmusában betöltött szerepét valószínűsítik az ABCA7-tel foglalkozó tanulmányok [45-47].

Egyre növekvő figyelem irányul az ABCG1 féltranszporterre, amely fehérjéről azt feltételezik, hogy a HDL partikulumok további lipidálásáért, koleszterinnel való feltöltéséért tehető felelőssé [44]. Az ABCG4, amely az ABCG1 legközelebbi rokona, az utóbbival - az egész fehérjét tekintve - 72 %-os szekvenciaazonosságot, bizonyos transzmembrán hélixek vonatkozásában (TMH2 és TMH5) pedig 100 %-os azonosságot mutat. Az ABCG1 alacsony szintű, ubikviter szöveti eloszlást mutat, azonban bizonyos szövetekben, mint az agy, a lép és a tüdő, viszonylag magas expressziót ér el [45]. Hepatikus kifejeződése a szöveti makrofágokra (Kupffer-sejtekre) korlátozódik [46]. Makrofágokban, dendritikus sejtekben, endotél sejtekben és a máj parenchima sejtjeiben expressziója jelentős mértékben fokozható a lipidanyagcseréhez köthető transzkripciós szabályozás révén (LXR, RXR, PPARγ útvonalakon) [47-51]. Az ABCG4 expressziója – az ABCG1-gyel szemben – csak bizonyos szövetekre korlátozódik, így az agyban és a szemben viszonylag magas ABCG4 szintet találtak, míg a makrofágokban kismértékű expressziót mutattak ki [52, 53]. Az ABCG1-hez hasonlóan az ABCG4 expressziója is indukálható oxiszterolokkal és retiniodokkal, LXR- és RXR-agonistákkal [52]. Mindezek megerősítik azt a feltételezést, hogy ezek a fehérjék funkciója a lipidanyagcseréhez köthető.

Mind az ABCG1, mind az ABCG4 féltranszporter, azaz - ahogy azt korábban kifejtettem - működésükhöz dimerizálódniuk kell. Az ABCG alcsalád egyéb tagjait tekintve az ABCG2-ről kimutatták, hogy homodimerként működik, míg az ABCG5 és ABCG8 esetében azt valószínűsítik, hogy heterodimerként működnek. A magas fokú szekvencia-azonosságuk, az ABCG alcsaládra jellemző fordított doménszerkezetük, illetve hasonló transzkripciós szabályozásuk alapján feltételezhető volt, hogy az ABCG1 és ABCG4 is heterodimert képez [54]. Megfelelő kísérleti eszközök hiánya miatt azonban ilyen irányú vizsgálatok munkánk megkezdéséig nem folytak, a dimerizáció kérdése nyitott maradt.

A humán ABCG1 fehérje a „White” nevű Drosophila ABC transzporter humán ortológjának tekinthető, amely fehérje egy triptofán transzporter. Erre az analógiára építve feltételezték, hogy az ABCG1 fehérje funkciója a triptofán-szerotonin anyagcseréhez köthető.

Korábbi munkák összefüggésbe is hozták az ABCG1 génben található mutációkat a pánik betegség, illetve az öngyilkos hajlam halmozódásával [55, 56], azonban ezeket az elméleteket későbbi tanulmányok nem erősítették meg. Jelenleg nem ismeretes olyan betegség, amely egyértelmű összefüggésbe hozható az ABCG1 vagy az ABCG4 génjében lévő mutációkkal.

Az ABCG1 és ABCG4 fiziológiás szubsztrátjait nem ismerjük, így élettani szerepük is egyelőre nyitott kérdés marad. Leginkább az az álláspont terjedt el, hogy az ABCG1 a makrofágokban az ABCA1-gyel együttműködve részt vesz a HDL partikulumok előállításában: míg az utóbbi a nascens HDL-t hozza létre az apoA-I és koleszterin kölcsönhatása révén, addig az ABCG1 szerepe a HDL részecske „hizlalása”, azaz koleszterinnel való további töltése [57]. Ezt az elképzelést mind over-expressziós, mind knock-down kísérletekkel alátámasztják [46, 58, 59], azonban azt, hogy a transzporter közvetlenül részt venne a koleszterin transzportjában, a mai napig nem bizonyították.

Érdemes megjegyezni, hogy ezekben a kísérletekben a sejtekből kikerülő koleszterin akceptoraként nemcsak HDL szerepel, hanem az apoA-I kivételével mindenféle más lipidakceptor: LDL, apoE-tartalmú lipoproteinek, BSA, ciklodextrin stb. Az ABCG1-deficiens egerekkel végzett tanulmányok sem támasztották alá teljesen az ABCG1 fent vázolt élettani szerepét, ugyanis a knockout és kontroll egerek makrofágjából a HDL-re történő koleszterin-kiáramlás alaphelyzetben nem különbözött [60]. Különbség csak akkor volt tapasztalható, ha a makrofágokat LXR-agonistával kezelték. Hasonlóképpen a knockout egerekkel végzett kísérletek sem igazolták vissza az ABCG1 ateroprotektív szerepét, hiszen a diétától függően egymásnak ellentmondó eredmények születtek [61-64]. Az ABCG4 élettani funkcióját illetően még kevesebb ismerettel rendelkezünk, azt feltételezik, hogy az idegsejtek lipidhomeosztázisában lehet szerepe [65, 66].