Rola desaturazy stearoilo-coa w utrzymaniu homeostazy metabolicznej

Rola desaturazy stearoilo-coa w utrzymaniu homeostazy metabolicznej Paweł Dobrzyń * Pracownia Molekularnej Biochemii Medycznej, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN, Warszawa * Pracownia Molekularnej Biochemii Medycznej, Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego, PAN, ul. Pasteura 3, 02-093 Warszawa; tel.: (22) 589 24 59, e-mail: p.dobrzyn@nencki.gov.pl Artykuł otrzymano 25 kwietnia 2012 r. Artykuł zaakceptowano 26 kwietnia 2012 r. Słowa kluczowe: lipogeneza, szlak insulinowy, utlenianie kwasów tłuszczowych, jednonienasycone kwasy tłuszczowe Wkaz skrótów: ACC karboksylaza acylo- -CoA; AMPK kinaza białkowa zależna od AMP; CPT1 acylotransferaza karnitynowa 1; DAG diacyloglicerole; DGAT acylotransferaza diacyloglicerolowa; FAS syntaza kwasów tłuszczowych; FAT/CD36 traslokaza kwasów tłuszczowych; GLUT4 białko transportujące glukozę 4; GPAT acetylotransferaza glicerolofosforanowa; IR receptor insulinowy; IRS substrat receptora insulinowego; LXR wątrobowy receptor X; MUFA jednonienasycone kwasy tłuszczowe; PPAR receptory aktywowane przez czynniki proliferacji peroksysomów; PTP-1B białkowa fosfataza tyrozynowa 1B; PUFA wielonienasycone kwasy tłuszczowe; SCD desaturaza stearoilo-coa; SFA nasycone kwasy tłuszczowe; SREBP białko wiążące sterolowy element regulatorowy; TG triacyloglicerole; VLDL lipoproteiny o bardzo małej gęstości Podziękowanie: Praca powstała w trakcie realizacji projektów finansowanych przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (projekt nr LIDER/19/2/L-2/10/NCBiR/2011) oraz Narodowe Centrum Nauki (projekt nr UMO- -2011/01/D/NZ3/04777). STRESZCZENIE Desaturaza stearoilo-coa (SCD) katalizuje biosyntezę jednonienasyconych kwasów tłuszczowych. Preferowanymi substratami SCD są kwasy: palmitynowy (C16:0) i stearynowy (C18:0), które są przekształcane odpowiednio do kwasu palmitooleinowego (C16:1) i oleinowego (C18:1). Są to najczęściej spotkane w przyrodzie jednonienasycone kwasy tłuszczowe wchodzące w skład triacylogliceroli, fosfolipidów, estrów cholesterolu, diacylogliceroli i wosków. Jak wykazały przeprowadzone badania, wyciszenie ekspresji genu SCD1 prowadzi do zmniejszenia akumulacji tkanki tłuszczowej, zwiększenia wrażliwości na insulinę i do oporności na otyłość wywołaną dietą. Dostępne wyniki pokazują, że SCD1 pełni ważną funkcję, pośrednio lub bezpośrednio, w regulacji wielu procesów metabolicznych włączając w to lipogenezę, utlenianie kwasów tłuszczowych, regulację aktywności białek szlaku insulinowego, termogenezę, nowotworzenie i powstawanie stanów zapalnych. W niniejszej pracy przedstawiono aktualny stan wiedzy na temat regulacyjnej i metabolicznej funkcji SCD. Wprowadzenie Desaturaza stearoilo-coa (SCD, ang. stearoyl-coa desaturase), zwana też D9- -desaturazą, jest enzymem siateczki endoplazmatycznej, który katalizuje biosyntezę jednonienasyconych kwasów tłuszczowych (MUFA, ang. monounsaturated fatty acids) z nasyconych kwasów tłuszczowych (SFA, ang. saturated fatty acids) poprzez wprowadzenie podwójnego wiązania pomiędzy 9 a 10 atomem węgla w łańcuchu SFA [1] (Ryc. 1). Preferowanymi substratami SCD są kwasy: palmitynowy (C16:0) i stearynowy (C18:0), które są przekształcane do kwasu palmitoleinowego (C16:1) i oleinowego (C18:1). Są to najczęściej spotkane w przyrodzie MUFA, wchodzące w skład lipidów złożonych m.in. triacylogliceroli, fosfolipidów, estrów cholesterolu [2,3]. Oprócz tego, że wchodzą w skład lipidów złożonych, MUFA pełnią także funkcję mediatorów wewnątrzkomórkowego przekazywania sygnałów, biorą udział w regulacji procesów apoptozy [4-6] i różnicowania komórkowego [1,7] oraz mutagenezie niektórych nowotworów [8]. Wykazano także, że kwas oleinowy jest jednym z czynników biorących udział w regulacji łaknienia [9]. Biorąc pod uwagę złożoną funkcję MUFA, wydaje się, że zmiany w ekspresji genu/aktywności SCD mogą mieć istotne znaczenie w regulacji wielu procesów fizjologicznych, włączając w to różnicowanie komórek, wrażliwość na insulinę, tempo metabolizmu podstawowego, nowotworzenie, powstawanie otyłości i towarzyszących jej zaburzeń metabolicznych. budowa i własciwości BIOCHEMICZNE SCD Reakcja katalizowana przez SCD jest procesem aerobowym. Poza obecnością tlenu wymaga ona reduktazy cytochromu b 5 zależnej od NADH i akceptora elektronów cytochromu b 5. W czasie katalizowanej przez SCD reakcji, elektrony są najpierw przenoszone z NADH na FAD, który jest związany z reduktazą cytochromu b 5 zależną od NADH. Atom żelaza hemu w cytochromie b 5 ulega następnie redukcji do Fe 2+. W następstwie tego niehemowy atom żelaza desaturazy przechodzi w stan Fe 2+, co umożliwa mu reakcję z O 2 i z substratem, tj. nasyconą resztą alifatyczną acylo-coa. Powstaje podwójne wiązanie, z uwolnieniem dwóch cząsteczek H 2 O (Ryc. 1). Dwa elektrony pochodzą z NADH, a dwa z pojedynczego wiązania acylo-coa o długim łańcuchu alifatycznym. SCD wprowadza podwójne wiązanie w pozycji cis-d9 długołańcuchowych acylo-coa pochodzących zarówno z syntezy de novo jak i z pokarmu. Dostępne wyniki badań wskazują, że desaturaza usuwa najpierw atom wodoru znajdujący się w pozycji C-9, a następnie drugi atom wodoru z pozycji C-10 w łańcuchu nasyconego kwasu tłuszczowego [10]. SCD1 w swojej strukturze zawiera cztery domeny transbłonowe z końcami NH 2 i COOH eksponowanymi do cytoplazmy. Każda cytoplazmatyczna pętla oraz koniec COOH zawierają osiem reszt histydyny (tzw. ang. His box), które łączą atom żelaza, utleniany następnie w centrum katalitycznym desaturazy. Pętle 166 www.postepybiochemii.pl

NAD(P)H + H+ NAD(P) reduktaza cytochromu b5 (FADH 2) reduktaza cytochromu b5 (FAD) CoA-S cytochrom b5 Fe2+ cytochrom b5 Fe3+ CoA-S oleoilo-coa związane z siateczką endoplazmatyczną są stosunkowo niewielkie w porównaniu z pętlami cytoplazmatycznymi, które zawierają także trzy zachowane w ewolucji reszty His w pozycjach 119, 156, 296. Uważa się, że regiony te pełnią rolę w dostarczaniu ligandów dla niehemowego atomu żelaza w obrębie centrum katalitycznego enzymu [11]. Oczyszczone białko SCD1 posiada masę cząsteczkową ~37 kda. O ile cytochrom b 5 i reduktaza cytochromu b 5 zależna od NADH są białkami stabilnymi, o tyle SCD1 jest bardzo szybko degradowane w mikrosomach [12,13]. Jak wykazano, za degradację SCD odpowiedzialny jest koniec NH 2 tego białka zawierający 33 reszty aminokwasowe [12]. O2 SCD H 2O stearoilo-coa Rycina 1. Łańcuch transportu elektronów podczas wprowadzania nienasyconego wiązania do kwasu stearynowego przez desaturazę stearoilo-coa (SCD). O O 9 9 10 10 głównie w mięśniu sercowym [17]. W skórze występowanie SCD1 jest obserwowane w niezróżnicowanych sebocytach, SCD3 w dojrzałych sebocytach, a SCD2 w mieszkach włosowych [14]. Powody występowania dwóch lub więcej izoform SCD w pewnych narządach są nieznane. Przypuszcza się, że może to być związane z ich specyficznością substratową. Poziom poszczególnych izoform SCD podlega ścisłej regulacji. Ekspresja SCD1 jest aktywowana przez cholesterol [18], wątrobowy receptor X (LXR, ang. liver X receptor) [14], witaminę A [1], receptory aktywowane przez czynniki proliferacji peroksysomów (PPARs, ang. peroxisome proliferator- -activated receptors) [19], glukozę, fruktozę, SFA, insulinę i białko wiążące sterolowy element regulatorowy 1c (SREBP-1c, ang. sterol regulatory element binding protein 1c) [20]. Natomiast wielonienasycone kwasy tłuszczowe (PUFA, ang. polyunsaturated fatty acids), hormony tarczycy, glukagon oraz leptyna obniżają ekspresję SCD1 [21-24]. PUFA, szczególnie z rodziny n-3, są tak silnym represorem SCD1 w wątrobie, że dodane do diety znoszą stymulujący efekt diety bogatej w cukry na ekspresję tego genu [1]. Ekspresja SCD4 jest indukowana przez dietę bogatą w cukry oraz aktywatory receptora LXRa. Co ciekawe PUFA nie wpływają na ekspresję SCD4, natomiast leptyna obniża ekspresję SCD4 w mięśniu sercowym, ale nie wpływa na poziom SCD1 oraz SCD2 w tym mięśniu [17]. Izoformy SCD W narządach myszy zidentyfikowano dotychczas cztery izoformy SCD, tj. SCD1, SCD2, SCD3 i SCD4, podczas gdy u szczurów stwierdzono obecność dwóch izoform tego enzymu [14]. U myszy wszystkie geny SCD są położone na chromosomie 19 i kodują transkrypt o wielkości ~4,9 kpz. U ludzi odkryto dwie izoformy SCD, nazwane SCD1 i SCD5, które początkowo są eksprymowane w większości narządów, a w późniejszym okresie rozwoju występują głównie w mózgu i trzustce [1,14]. U ludzi gen SCD1 jest zlokalizowany na chromosomie 10 i obejmuje 24 kpz z sześcioma eksonami. Dodatkowo chromosom 17 zawiera nieaktywny transkrypcyjnie pseudogen SCD1. Gen SCD5 jest zlokalizowany na chromosomie 4 i obejmuje 169 kpz z 5 eksonami. Chociaż ludzkie i mysie izoformy SCD1 charakteryzuje 85 88% podobieństwa w sekwencji aminokwasów, to jednak ich występowanie w tkankach znacznie się różni [1]. U myszy SCD1 występuje przede wszystki w białej tkance tłuszczowej, brunatnej tkance tłuszczowej, gruczołach przyocznych, gruczole napletkowym i gruczole tarczkowym. Poza tym ekspresja SCD1 jest w wysokim stopniu indukowana w wątrobie i w mięśniu sercowym w odpowiedzi na dietę bogatą w cukry [15]. Izoforma SCD2 jest syntetyzowana głównie w mózgu, a poza tym, podobnie jak SCD1, w nerkach, śledzionie, mięśniu sercowym i płucach. Wykazano także, że ekspresja SCD2 jest niezbędna do prawidłowego różnicowania preadipocytów 3T3-L1 [16]. W tkance tłuszczowej i w powiekach występują SCD1 i SCD2, podczas gdy w skórze, gruczołach przyocznych oraz gruczole napletkowym SCD1, SCD2 i SCD3. SCD4 występuje Rola SCD w syntezie lipidów Dostępne dane wskazują na bardzo ważną funkcję, jaką pełni SCD1 w regulacji syntezy de novo nie tylko kwasów tłuszczowych, ale także lipidów złożonych. Podczas, gdy zahamowanie aktywności SCD1 prowadzi do obniżenia akumulacji lipidów, to wzmożona synteza tego białka prowadzi do wzrostu syntezy triacylogliceroli [6]. Wykazano także, że spadek aktywności SCD1 w wątrobie powoduje obniżenie stężenia triacylogliceroli krążących w osoczu poprzez zmniejszenie wydzielania triacylogliceroli związanych z lipoproteinami o bardzo małej gęstości (VLDL, ang. very low-density lipoprotein) przez wątrobę [25]. Nowych danych dostarczyły badania przeprowadzone z użyciem myszy z nokautem genu SCD1, u których stwierdzono obniżoną zawartości triacylogliceroli i estrów cholesterolu [26,27] oraz spadek de novo syntezy kwasów tłuszczowych w wątrobie [28]. Myszy te posiadają także znacznie obniżony poziom triacylogliceroli we frakcjach VLDL oraz lipoprotein o małej gęstości (LDL, ang. low-density lipoprotein) w porównaniu z myszami typu dzikiego. Ponadto, są one oporne na stłuszczenie wątroby wywołane dietą bogatą w cukry lub tłuszcze [24,28]. Wykazano także, że SCD1 jest głównym genem docelowym działania leptyny, hormonu wydzielanego przez tkankę tłuszczową, a metaboliczny efekt działania tej adipokiny w wątrobie zachodzi w znacznym stopniu poprzez jej wpływ na obniżenie ekspresji SCD1 [24]. Represja SCD1 przez leptynę jest przy tym niezależna od insuliny czy też od czynnika transkrypcyjnego SREBP-1c. Dlatego sądzi się, że to właśnie leptyna a nie insulina jest głównym czyn- Postępy Biochemii 58 (2) 2012 167

nikiem regulującym syntezę MUFA w wątrobie pacjentów chorych na cukrzycę typu 2 spowodowaną otyłością [29]. Co więcej, otyłe, pozbawione leptyny myszy ob/ob akumulują znaczne ilości lipidów w wątrobie, natomiast nokaut genu SCD1 u tych zwierząt normalizuje stłuszczenie wątroby do poziomu spotykanego u myszy typu dzikiego [24]. Dotychczas przeprowadzone badania pozwoliły na zaproponowanie kilku mechanizmów, poprzez które wyciszenie genu SCD1 hamuje tempo syntezy i obniża akumulację lipidów. Analiza ekspresji genów za pomocą mikromacierzy wykazała, że geny kodujące białka związane z syntezą lipidów, takie jak SREBP-1c, syntaza kwasów tłuszczowych (FAS, ang. fatty acid synthase), karboksylaza acetylo-coa (ACC, ang. acetyl-coa carboxylase) oraz acetylotransferaza glicerolofosforanowa (GPAT, ang. glycerol-3-phosphate acyltransferase), charakteryzują się obniżoną syntezą w wątrobie myszy SCD1-/- [28]. SREBP-1c jest główną formą czynnika transkrypcyjnego SREBP-1 w wątrobie, odpowiedzialnego za regulację ekspresji genów kodujących białka zaangażowane w lipogenezę [28]. Dlatego też wydaje się, że obniżenie ekspresji SREBP-1c oraz wzrost tempa utleniania kwasów tłuszczowych (omówiony poniżej) są odpowiedzialne za spadek syntezy i zawartości lipidów w wątrobie myszy SCD1-/-. Inna możliwość to zmiana składu i zawartości kwasów tłuszczowych w fosfolipidach, co może prowadzić do zmian właściwości błon komórkowych oraz wpływać na aktywność szlaków sygnałowych. Przeprowadzone badania wykazały, że wyciszenie ekspresji SCD1 powoduje zmiany w składzie kwasów tłuszczowych we frakcji fosfolipidów na skutek translokacji do błon fosfotransferazy cholinowej, co z kolei prowadzi do wzrostu syntezy fosfatydylocholiny w wątrobie [26]. Ponieważ acylotransferaza diacyloglicerolowa (DGAT, ang. diacylglycerol acyltransferase), enzym zaangażowany w syntezę de novo triacylogliceroli, oraz fosfotransferaza cholinowa korzystają z tej samej puli diacylogliceroli, a fosfotransferaza cholinowa ma kilkukrotnie większe powinowactwo do tego substratu niż DGAT [30], uważa się, że wzrost syntezy fosfatydylocholiny może być odpowiedzialny za redukcję poziomu triacylogliceroli u myszy z nokautem genu SCD1 [26]. Wydaje się także, że kwas oleinowy syntetyzowany przez SCD jest głównym substratem do syntezy triacylogliceroli w wątrobie, ponieważ pochodzący z diety oleinian nie normalizuje zawartości triacylogliceroli przy braku ekspresji SCD1 [28,31]. Tezę tę potwierdzają badania nad wewnątrzkomórkową lokalizacją SCD1, które wykazały, że białko to zlokalizowane jest w siateczce endoplazmatycznej, w bliskim sąsiedztwie DGAT [32]. Przypuszcza się, że te dwa enzymy mogą tworzyć kompleks regulujący syntezę de novo triacylogliceroli, w którym główną funkcją SCD jest dostarczanie DGAT łatwo dostępnych substratów, jakimi są MUFA [32]. SCD1 odgrywa także ważną rolę w adaptacji mięśni szkieletowych do treningu wytrzymałościowego poprzez regulację syntezy triacylogliceroli [33]. Jak wykazano, trening wytrzymałościowy w znaczący sposób podnosi zawartość mrna oraz białka SCD1 w mięśniu płaszkowatym, natomiast nie wpływa na zawartość tego białka w mięśniu, prostowniku palców oraz w wątrobie. Współczynnik desaturacji (18:1Δ9/18:0), pośredni wskaźnik aktywności SCD, był także znacząco wyższy w mięśniu płaszkowatym szczurów trenowanych w porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi. Wraz z podwyższoną ekspresją genu/aktywnością SCD1 zawartość wolnych kwasów tłuszczowych, diacylogliceroli oraz triacylogliceroli była zwiększona w mięśniu płaszkowatym szczurów po treningu wytrzymałościowym. Trening nie miał natomiast wpływu na zawartość lipidów w prostowniku palców oraz w wątrobie. Dodatkowo, trening wytrzymałościowy aktywował w mięśniu płaszkowatym oraz w wątrobie szlaki metaboliczne zależne od kinazy białkowej aktywowanej przez AMP (AMPK, ang. AMP activated protein kinase) oraz od PPARδ i PPARα. Zwiększona akumulacja lipidów w mięśniu płaszkowatym zwierząt trenowanych była powiązana z podwyższoną zawartością białka FAS oraz mrna DGAT i GPAT. Również zawartość białek związanych z transportem kwasów tłuszczowych, tj. traslokazy kwasów tłuszczowych (FAT/CD36, ang. fatty acid translocase) oraz białka transportującego kwasy tłuszczowe 1, była podwyższona w tym mięśniu, podczas gdy ekspresja genu SREBP-1c, jak również zawartość białka SREPB1 nie były zmienione pod wpływem treningu. Podsumowując, wyniki te sugerują, że aktywacja SCD1 odgrywa ważną rolę w adaptacji mięśni szkieletowych o metabolizmie tlenowym do treningu wytrzymałościowego [33]. UDZIAŁ SCD w utlenianiu kwasów tłuszczowych oraz termogenezie Myszy asebia, które charakteryzują się obecnościę naturalnej mutacji w genie SCD1 [34], jak również te z celowym nokautem tego genu (SCD1-/-) charakteryzują się zwiększonym o 10 15% spożyciem pokarmu, przy jednocześnie zmniejszonym stłuszczeniu ciała w porównaniu z myszami typu dzikiego [24,35]. Dane te wskazywały na zwiększone zużycie energii w przypadku myszy SCD1-/-. Hipotezę tę potwierdzono poprzez pomiar zużycia tlenu za pomocą kalorymetrii pośredniej, który wykazał, że myszy SCD1-/- mają wyższe tempo metabolizmu podstawowego niż zwierzęta kontrolne [24,35]. Następnie stwierdzono, że nokaut genu SCD1 istotnie podnosi tempo utleniania kwasów tłuszczowych w wątrobie [36], mięśniach szkieletowych [37] oraz brunatnej tkance tłuszczowej [38]. Molekularne mechanizmy zaangażowane we wzrost tempa utleniania kwasów tłuszczowych spowodowany brakiem ekspresji genu SCD1 nie są w pełni poznane. Jedną z możliwości jest aktywacja AMPK, co z kolei powoduje fosforylację i zahamowanie aktywnosci ACC oraz spadek zawartości malonylo-coa w komórkach [39]. Malonylo-CoA, poza tym, że jest produktem pośrednim w biosyntezie kwasów tłuszczowych, jest także inhibitorem aktywności acylotransferazy karnitynowej 1 (CPT1, ang. carnitine palmitoyltransferase 1), kluczowego enzymu odpowiedzialnego za transport kwasów tłuszczowych do mitochondriów, gdzie ulegają one utlenianiu. Przeprowadzone badania wykazały podwyższoną aktywność AMPK, obniżoną zawartość malonylo-coa, zwiększoną aktywność CPT1 oraz wyższe tempo utleniania kwasów tłuszczowych w wątrobie [36] oraz mięśniach szkieletowych myszy SCD1-/- [37]. Mechanizm aktywacji AMPK spowodowany brakiem ekspresji SCD1 nie jest jeszcze w pełni poznany. Dostępne rezultaty badań wskazują, że jest to proces niezależny od leptyny [36] oraz od PUFA [40]. Wykazano natomiast, że AMPK jest akty- 168 www.postepybiochemii.pl

wowane przez kwas stearynowy pochodzący z diety [41]. Kwas stearynowy ma zwiększony udział w puli kwasów tłuszczowych w wątrobie myszy SCD1-/- w porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi [35], stąd też prawdopodobnie jest to jeden z czynników aktywujących AMPK w tkankach z obniżoną aktywnością SCD. Innym czynnikiem wpływającym na tempo utleniania kwasów tłuszczowych w mitochondriach jest regulacja tego procesu na poziomie transkrypcji. Analiza ekspresji genów wykazała, że poziom mrna genów zaangażowanych w utlenianie kwasów tłuszczowych, takich jak CPT1, oksydaza acylo-coa, dehydrogenza długołańcuchowych acylo-coa jest podwyższona w wątrobie myszy SCD1-/- [35]. Ponieważ geny te regulowane są przez PPARα [42], wysunięto hipotezę, że podwyższone utlenianie kwasów tłuszczowych w wątrobie myszy SCD1-/- może być spowodowane aktywacją tego właśnie czynnika. Jednakże okazało się, że myszy z jednoczesnym nokautem dwóch genów: SCD1 i PPARα (SCD1-/-, PPARα-/-) były ciągle chronione przed otyłością, miały zwiększone wydatkowanie energii oraz podwyższoną ekspresję genów regulowanych przez PPARα [28]. Wyniki te pokazują, że zmniejszone stłuszczenie ciała, obniżona zawartość lipidów w wątrobie, zwiększone tempo metabolizmu podstawowego oraz podwyższona ekspresja genów kodujących białka biorące udział w utlenianiu kwasów tłuszczowych u myszy z nokautem SCD1 są niezależne od ekspresji PPARα [28]. Zwiększone potrzeby energetyczne myszy SCD1-/- są prawdopodobnie związane z podwyższonymi wydatkami na termogenezę. Jak wykazano, wzrost zawartości białka receptora β3-adrenergicznego w brunatnej tkance tłuszczowej powoduje aktywację koaktywatora receptora aktywowanego przez proliferatory peroksysomów 1α (PGC-1α, ang. peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α) oraz wzmaga rozprzęganie w mitochondriach poprzez białko rozprzęgające 1 (termogeninę). Prowadzi to do podniesienia termogenezy podstawowej, a w konsekwencji do zwiększenia tempa metabolizmu podstawowego u myszy z nokautem genu SCD1 [38]. Co ciekawe, zmian takich nie zaobserwowano u myszy ze specyficznie wątrobowym wyciszeniem tego genu [43]. Natomiast nokaut genu SCD1 w skórze wzmagał utlenianie kwasów tłuszczowych oraz termogenezę co chroniło te zwierzęta przed otyłością powodowaną dietą bogatą w tłuszcz [44]. W przeciwieństwie do globalnego nokautu genu SCD1, wyciszenie ekspresji SCD1 w skórze, nie chroniło myszy przed indukowanym przez wielokrotne głodzenie i karmienie stłuszczeniem wątroby [44]. Rezultaty te pokazują, że część pozytywnych metabolicznie efektów obserwowanych u myszy z globalnym nokautem genu SCD1 można wyjaśnić poprzez zwiększone wydatki energetyczne związane z termogenezą. SCD1 w regulacji aktywności szlaku insulinowego Insulinooporność, zmniejszona odpowiedź komórki na endo- lub egzogenną insulinę, jest jednym z głównych czynników ryzyka zaburzeń towarzyszących otyłości takich jak: cukrzyca typu 2, nadciśnienie tętnicze, dyslipidemia oraz niewydolność mięśnia sercowego. Badania nad polimorfizmem genu SCD1 wykazały, że występowanie u ludzi rzadkich alleli rs10883463, rs2167444 i rs508384 jest istotnie skorelowane z podwyższoną wrażliwością tkanek na insulinę [45]. Również badania przeprowadzone z wykorzystaniem zwierząt z zahamowaną ekspresją genu SCD1 pokazały, że SCD odgrywa ważną rolę w regulacji wrażliwości komórek na insulinę. Myszy SCD1-/- mają znacząco podwyższoną tolerancję na glukozę, mimo niższego poziomu insuliny w osoczu na czczo, w porównaniu z myszami typu dzikiego [35,46]. Dodatkowo, test tolerancji insuliny wykazał, że przy jednakowym poziomie insuliny wychwyt glukozy jest ponad 2 razy wyższy u myszy SCD1-/- w porównaniu z myszami typu dzikiego [46]. Kolejne badania pokazały, że brak SCD1 prowadzi do wzrostu fosforylacji receptora insulinowego oraz substratów receptora insulinowego 1 i 2 (IRS, ang. insulin receptor substrate) w mięśniach szkieletowych. Również asocjacja IRS1 i IRS2 z podjednostką alpha-p85 kinazy 3-fosfoinozytolu oraz fosforylacja Akt-Ser-473 i Akt-Thr-308 były podwyższone w mięśniach myszy SCD1-/- [46]. Zwiększona aktywacja receptora insulinowego doprowadziła do zwiększonej translokacji transportera glukozy 4 (GLUT4, ang. glucose transporter 4) do błony komórkowej oraz wyższego wychwytu glukozy w mięśniach szkieletowych pozbawionych aktywności SCD [46]. Kolejne badania wykazały, że nokaut genu SCD1 zwiększa wrażliwość na insulinę także w brunatnej tkance tłuszczowej [47] i wątrobie [43]. Związek pomiędzy aktywnością SCD oraz szlakiem insulinowym zaobserwowano także u myszy z nokautem genu receptora insulinowego, gdzie brak metabolicznych efektów działania insuliny spowodował obniżenie ekspresji SCD1 oraz wzmożoną syntezę Akt2 i FAT/CD36 [48]. Następnie wykazano [49], że nadekspresja SCD1 w komórkach mięśniowych obniża fosforylację IRS1 oraz Akt, przez co niekorzystnie wpływa na wychwyt glukozy oraz szlak insulinowy. Również w różnych zwierzęcych modelach insulinooporności oraz u otyłych ludzi, obniżona tolerancja glukozy jest istotnie skorelowana z podwyższoną aktywnością SCD [14]. Obserwacje te wspierają hipotezę, że podwyższona ekspresja SCD1 może być przyczyną powstawania oporności na insulinę oraz rozwoju cukrzycy typu 2 związanej z otyłością. Co ciekawe, wyciszenie ekspresji genu SCD1 specyficznie w skórze także chroni myszy przed opornością na insulinę wywołaną dietą [44]. Z drugiej strony, gdy mutację genu SCD1 wprowadzono do myszy z zaburzoną gospodarką lipidową, tj. z lipodystrofią lub do nie posiadających leptyny myszy BTBR, okazało się, że tak zmutowane zwierzęta mają obniżony poziom insuliny oraz podniesione stężenie glukozy w osoczu. Badania wykazały, że powodem tych zmian była zaburzona funkcja komórek beta trzustki spowodowana nadmierną akumulacją lipidów oraz obniżeniem tempa utleniania kwasów tłuszczowych w tych komórkach [50,51]. Mechanizm, poprzez który SCD reguluje aktywność szlaku insulinowego nie jest do końca wyjaśniony. Jak wykazało wiele badań, akumulacja wolnych kwasów tłuszczowych, ceramidów oraz diacylogliceroli w komórkach mięśni szkieletowych prowadzi do zahamowania insulinozależnej translokacji GLUT4 z cytoplazmy do błony komórkowej i zmniejszenia dokomórkowego wychwytu glukozy [52]. Efekt ten związany jest m. in. z aktywacją kinazy białkowej C i zwiększeniem fosforylacji receptora insulinowego oraz IRS1 i IRS2 w pozycji reszt seryny/treoniny z jednoczesną defosforylacją w pozycji reszty tyrozyny [53]. Taki układ fosforylacji hamuje aktywność tych Postępy Biochemii 58 (2) 2012 169

ultenianie FA lipogeneza FFA FA-CoA Ceramidy XSCD1 PTP-1B IR-P IRS1-P IRS2-P pakt Translokacja GLUT4 do błon Wychwyt glukozy AMPK Rycina 2. Wpływ wyciszenia ekspresji genu kodującego desaturazę stearoilo- -CoA 1 (SCD1) na aktywność szlaku insulinowego. AMPK kinaza białkowa zależna od AMP; FFA wolne kwasy tłuszczowe; GLUT4 białko transportujące glukozę 4; IR receptor insulinowy; IRS substrat receptora insulinowego; PTP-1B białkowa fosfataza tyrozynowa 1B. białek i w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia aktywności kinazy fosfatydylo-3-inozytolu oraz kinazy Akt. Podwyższona zawartość wewnątrzkomórkowych lipidów może też bezpośrednio prowadzić do obniżenia aktywności kinazy Akt i zahamowania translokacji GLUT4 do błony komórkowej [54]. Wiele badań wskazuje także na bezpośrednie zaangażowanie AMPK w regulację wrażliwości komórek na insulinę. Wykazano, że u szczurów karmionych dietą bogatą w tłuszcze aktywacja AMPK przez AICAR (specyficzny aktywator AMPK) lub pod wpływem wysiłku fizycznego wzmaga zależny od insuliny wychwyt glukozy [55,56]. Jak wspomniano powyżej, nokaut genu SCD1 u myszy prowadzi do wzrostu tempa utleniania kwasów tłuszczowych przez zwiększoną ekspresję genów kodujących białka zaangażowane w ten proces oraz poprzez aktywowanie szlaku regulowanego przez AMPK [37]. Zwiększone utlenianie kwasów tłuszczowych prowadzi z kolei do obniżenia zawartości kwasów tłuszczowych w mięśniu płaszkowatym oraz w czerwonej części mięśnia brzuchatego łydki. Dodatkowo, zmniejszona aktywność palmitoilotransferazy serynowej wraz ze spadkiem zawartości kwasu palmitynowego prowadzi do obniżenia zawartości ceramidu w mięśniach o charakterze tlenowym u myszy SCD1-/- [37]. Podobny efekt nokautu genu SCD1 zaobserwowano także w mięśniach otyłych myszy ob/ob. Wszystkie te dane wskazują, że obniżona zawartość wolnych kwasów tłuszczowych, ceramidów oraz diacylogliceroli razem z podwyższoną fosforylacją AMPK mogą być jednym z mechanizmów, poprzez które wyciszenie genu SCD1 prowadzi do podwyższenia wrażliwości mięśni szkieletowych na insulinę (Ryc. 2). Nokaut genu SCD1 powoduje także obniżenie syntezy białkowej fosfatazy tyrozynowej 1B (PTP-1B, ang. protein tyrosine phosphatase-1b), enzymu który katalizuje defosforylację receptora insulinowego, IRS1 oraz IRS2 [46,47]. Jak zaobserwowano, zmniejszona ekspresja genu PTP-1B oraz aktywność tego białka stwierdzona w mięśniach myszy SCD1- /- prowadzi do przedłużonej autofosforylacji receptora insulinowego, czego efektem jest zwiększona jego wrażliwość na insulinę (Ryc. 2). W zgodzie z tą obserwacją, myszy PTP-1B-/- wykazują podwyższoną fosforylację receptora insulinowego i IRS1 w mięśniach, zarówno w stanie podstawowym, jak i po stymulacji insuliną [57]. Nie jest wiadomo, czy PTP-1B jest genem docelowym działania SCD, czy też spadek aktywności i ekspresji PTP-1B jest wtórnym efektem zmian w metabolizmie lipidów spowodowanych przez nokaut genu SCD1. Kolejnym istotnym czynnikiem, który może bezpośrednio wpływać na aktywność szlaku insulinowego są zmiany we właściwościach fizykochemicznych błon komórkowych [14]. Zaobserwowano, że spadek zawartości MUFA w fosfolipidach błon komórkowych w mięśniach myszy SCD1-/- jest kompensowany poprzez wzrost zawartości PUFA w tej frakcji. Wzrost ilości podwójnych wiązań w łańcuchach kwasów tłuszczowych wpływa na zwiększenie płynności błon, w efekcie czego dochodzi do zwiększonej agregacji receptora insulinowego, a w konsekwencji do większej jego fosforylacji po związaniu z insuliną [52]. Wydaje się zatem, że zmiana składu kwasów tłuszczowych w fosfolipidach błon komórkowych może być jednym z mechanizmów, poprzez który nokaut genu SCD1 zwiększa wrażliwość komórek na insulinę [26]. Interesujących danych o udziale SCD1 w regulacji metabolizmu węglowodanów dostarczyły badania przeprowadzone na myszach, u których wyciszono ekspresję genu SCD1 specyficznie w wątrobie [43]. U zwierząt tych stwierdzono zmniejszony poziom glukoneogenezy w wątrobie, czego efektem była hipoglikemia (t.j. obniżone stężenie glukozy we krwi) oraz spadek zawartości glukozo-6-fosforanu oraz ksylulozo-5-fosforanu [43]. Zauważono także, że zahamowanie aktywności SCD1 w wątrobie poprawia wrażliwość tego narządu na insulinę oraz chroni przed opornością na insulinę wywołaną dietą bogatą w tłuszcz [58]. Efekt ten był związany z podwyższoną fosforylacją Akt oraz spadkiem ekspresji genów kodujących glukozo-6-fosfatazę i karboksykinazę fosfoenolopirogronianową. Na podstawie tych danych postawiono hipotezę, że w wątrobie podwyższona ekspresja genu/aktywność SCD jest niezbędna do indukcji oporności na insulinę wywołaną dietą [58]. Wpływ SCD na metabolizm MIĘŚNIA sercowego Głównymi substratami energetycznymi mięśnia sercowego są kwasy tłuszczowe, glukoza, kwas mlekowy i ciała ketonowe. W warunkach fizjologicznych kwasy tłuszczowe pokrywają ok. 60 80% zapotrzebowania energetycznego serca, natomiast źródłem pozostałych 20 40% energii jest glukoza. Utrzymanie homeostazy energetycznej w mięśniu sercowym jest niezbędne dla jego prawidłowej funkcji. Wykonane badania wykazały, że globalny nokaut genu SCD1 prowadzi do zwiększenia użycia glukozy jako substratu energetycznego z jednoczesnym obniżeniem tempa wykorzystania kwasów tłuszczowych w mięśniu sercowym [59]. Badanie echokardiograficzne wykazało, że zmiana ta nie wywołuje zaburzeń pracy serca. Kolejne eksperymenty wykazały, że wprowadzenie globalnego nokautu genu SCD1 u otyłych myszy ob/ob prowadzi do istotnego obniżenia akumulacji lipidów w sercu, spadku poziomu apoptozy kardiomiocytów oraz istotnej poprawy funkcji rozkurczowej i skurczowej lewej komory [60]. Zmianom tym towarzyszyło obniżenie dokomórkowego 170 www.postepybiochemii.pl

SPT CERAMIDY inos NO FATP CD36 XSCD 1 FFA DAG TG Bcl-2 GPAT DGAT APOPTOZA CPT1 ACO utlenianie FA produkcja ROS POPRAWA CZYNNOŚCI SKURCZOWEJ I ROZKURCZOWEJ SERCA Rycina 3. Wpływ nokautu genu kodującego desaturazę stearoilo-coa 1 (SCD1) na funkcję lewej komory oraz na metabolizm lipidów w sercu otyłych myszy ob/ob. ACO oksydaza acylo-coa; CPT1 acylotransferaza karnitynowa 1; DAG diacyloglicerole; DGAT acylotransferaza diacyloglicerolowa; FAT/ CD36 traslokaza kwasów tłuszczowych; FATP białko transportujące kwasy tłuszczowe; FFA wolne kwasy tłuszczowe; GPAT acetylotransferaza glicerolofosforanowa; inos indukowalna syntaza tlenku azotu; SPT palmitoilotransferaza serynowa; ROS wolne rodniki tlenowe; TG triacyloglicerole. transportu kwasów tłuszczowych, zahamowanie ekspresji genów kodujących enzymy odpowiedzialne za syntezę lipidów oraz obniżenie ekspresji genów kodujących białka związane z utlenianiem kwasów tłuszczowych (Ryc. 3). Spadek zawartości wewnątrzkomórkowych kwasów tłuszczowych razem z towarzyszącym temu obniżeniem ekspresji genów kodująych białka związane z utlenianiem kwasów tłuszczowych prowadzi do obniżenia tempa utleniania kwasów tłuszczowych, co samo w sobie może mieć dodatni wpływ na funkcjonowanie mięśnia sercowego. Jednak nokaut genu SCD1 prowadzi także do zahamowania ekspresji genu kodującego palmitoilotransferazę serynową, enzym regulujący syntezę de novo oraz akumulację ceramidów. Obniżenie zawartości ceramidów prowadzi do obniżenia apoptozy kardiomiocytów poprzez wzrost syntezy czynnika anty-apoptycznego Bcl2 oraz zahamowania aktywności syntazy tlenku azotu. Wydaje się, że obniżenie akumulacji wewnątrzkomórkowych lipidów i zahamowanie apoptozy kardiomiocytów jest głównym mechanizmem prowadzącym do poprawy czynności skurczowej i rozkurczowej lewej komory związanym z nokautem genu SCD1 (Ryc. 3). Następnie wykazano, że zmiany w utylizacji substratów energetycznych oraz w funkcji mięśnia sercowego mogą być powiązane z metabolizmem kwasu oleinowego, w którym desaturaza pełni kluczową rolę. Okazało się, że kwas oleinowy pochodzący z diety, jak również ten syntetyzowany de novo przez SCD powoduje wzrost utleniania kwasów tłuszczowych oraz obniżenie tempa utylizacji glukozy w sercu [61]. SCD w ROZWOJU miażdżycy naczyń krwionośnych Zaburzenia w metabolizmie lipidów prowadzące do podwyższonego stężenia triacylogliceroli i cholesterolu w osoczu są jednym z głównych czynników ryzyka miażdżycy. Ponieważ SCD odgrywa istotną rolę w utrzymaniu homeostazy lipidowej ustroju, prowadzone są badania mające na celu określenie jaką rolę odgrywa desaturaza w patogenezie miażdżycy naczyń krwionośnych. Wykazano, że stężenie triacylogliceroli oraz cholesterolu w osoczu jest wyraźnie niższe u myszy z nokautem genu SCD1 niż u myszy typu dzikiego. Poza tym myszy SCD1-/- charakteryzują się obniżoną produkcją i wydzielaniem VLDL [62]. Zaobserwowane zmiany w metabolizmie cholesterolu oraz lipoprotein sugerowały, że brak ekspresji genu SCD1 może mieć hamujący wpływ na rozwój miażdżycy naczyń krwionośnych. Co więcej, kwas oleinowy, główny produkt reakcji katalizowanej przez SCD, okazał się być preferowanym substratem cholesterolowej acylotransferazy acyl- -CoA, głównego enzymu biorącego udział w estryfikacji cholesterolu [63]. Wykazano także, że hiperlipidemia u ludzi jest pozytywnie skorelowana z aktywnością SCD, a pomiary aktywności SCD wykonane w populacji ludzkiej wyjaśniły 44% zmienności w poziomie triacylogliceroli w osoczu [62]. Poza tym, badania wykazały, że wzrost aktywności SCD hamuje transport cholesterolu za pośrednictwem białka błonowego z kasetą wiążącą ATP z podrodziny A1 [64], a brak ekspresji genu SCD1 zmniejsza syntezę VLDL u otyłych myszy ob/ob do poziomu notowanego u myszy typu dzikiego [24]. Wyniki te sugerowały, że wzrost ekspresji i aktywności SCD1 wpływa na rozwój miażdżycy, podczas gdy zahamowanie aktywności tego enzymu chroni przed rozwojem tej choroby. Tymczasem, badania przeprowadzone z udziałem myszy SCD1-/- nie potwierdziły tej hipotezy. Okazało się, że myszy z nokautem genu SCD1 wykazują większe zmiany miażdżycowe, szczególnie w aorcie brzusznej, w porównaniu z myszami kontrolnymi. Wiązało się to przede wszystkim ze zwiększoną zawartością w osoczu lipoprotein oraz makrofagów zawierających nasycone kwasy tłuszczowe [65]. Te same badania wykazały zwiększoną wrażliwość makrofagów wyizolowanych z myszy z nokautem genu SCD1 na agonistę Toll-podobnego receptora 4, co wskazuje na podwyższone wydzielanie cytokin prozapalnych, które mogą powodować rozwój blaszki miażdżycowej u tych myszy [65]. Efekt ten nie był hamowany przez dietę zawierającą podwyższoną zawartość MUFA, natomiast dieta wzbogacona w n-3 PUFA wstrzymywała rozwój miażdżycy u myszy SCD1-/- [66]. Wykazano także, że chroniczna przerywana hipoksja u ludzi, która wpływa na rozwój miażdżycy, była związana z podniesioną ekspresją genu SCD1. Natomiast przy użyciu zwierzęcego modelu chronicznie przerywanej hipoksji wykazano, że zahamowanie aktywności SCD1 powoduje redukcję dyslipidemii oraz miażdżycy [67]. W związku ze sprzecznymi doniesieniami odnośnie udziału SCD1 w rozwoju miażdżycy naczyń krwionośnych niezbędne jest prowadzenie dalszych badań w celu ustalenia, czy enzym ten działa pro-, czy też przeciwmiażdżycowo. SCD1 a stany zapalne I nowotwory Chroniczny stan zapalny towarzyszący otyłości wywołuje wtórne patologie związane z tą chorobą. Dlatego też zahamowanie aktywności SCD1, które wpływa na zmniejszenie stłuszczenia ciała, wzbudziła bardzo duże zainteresowanie jako potencjalny cel terapeutyczny w leczeniu otyłości oraz stanów zapalnych. Podobnie jak w przypadku miażdżycy naczyń krwionośnych, dostępne wyniki badań nie pozwalają na wyciągnięcie jednoznacznego wniosku czy enzym ten pełni funkcję pro- czy też przeciwzapalną. Jak już wspomniano, obniżona ekspresja genu SCD1 w pewnych stanach fizjolo- Postępy Biochemii 58 (2) 2012 171

gicznych, może prowadzić do stanu zapalnego organizmu oraz zaburzenia funkcji komórek beta trzustki [51,65]. Z kolei inne badania sugerują, że reakcja zapalna organizmu nie jest powiązana z ekspresją SCD [68]. I tak wykazano, że chociaż globalny nokaut genu SCD1 redukuje stan zapalny w tkance tłuszczowej [69], to nokaut tego genu specyficznie w tkance tłuszczowej powoduje nieznaczne podniesienie syntezy prozapalnej cytokiny (czynnika martwicy nowotworu-a) i obniża poziom adiponektyny w osoczu [70]. Poza tym wykazano, że SCD1 odgrywa rolę w patogenezie wrzodziejącego zapalenia okrężnicy [69,71], stanach zapalnych skóry [72] oraz w rozwoju dysfunkcji miocytów i komórek śródbłonka [73,74]. Biorąc pod uwagę rolę, jaką odgrywa SCD1 w powstawaniu stanów zapalnych, oczywistą stała się próba określenia udziału SCD1 w procesach nowotworowych, które także są powiązane z otyłością oraz akumulacją lipidów [75,76]. Komórki nowotworowe charakteryzują się podniesionym tempem proliferacji, co zwiększa ich zapotrzebowanie na związki lipidowe, które są niezbędne do syntezy organelli komórkowych oraz do pokrycia potrzeb energetycznych z tym związanych. Dlatego też, wysunięto hipotezę, że aktywność SCD1 może być niezbędna do prawidłowego przebiegu tych procesów. Uzyskane dotychczas wyniki badań wykazały, że ekspresja SCD1 jest podniesiona w wielu typach nowotworów, włączając w to raka przełyku i okrężnicy oraz gruczolaka wątrobowokomórkowego [77]. Poza tym sądzi się, że zahamowanie aktywności SCD1 obniża tempo proliferacji komórek raka płuc, prostaty, okrężnicy oraz piersi [78-80]. Rezultaty te wskazują, że SCD1 może być właściwym genem docelowym dla leków używanych w leczeniu nowotworów, jednak pełne poznanie roli desaturazy w procesach nowotworowych wymaga jeszcze wielu dodatkowych badań. Podsumowanie Otyłość staje się coraz większym problemem zdrowotnym na świecie, dlatego też coraz więcej wysiłku wkłada się w zrozumienie mechanizmów jej patogenezy oraz sposobów leczenia. W związku z tym w ostatnich latach stworzono wiele modeli zwierzęcych z nokautem genów zaangażowanych w metabolizm lipidów i węglowodanów, które stały się świetnym narzędziem do badań nad zaburzeniami w gospodarce lipidowej organizmu. Wśród nich największe zainteresowanie wzbudziły myszy z nokautem genu SCD1. Okazało się, że SCD1 jest głównym genem docelowym leptyny, jednego z podstawowych hormonów odpowiedzialnych za homeostazę metaboliczną organizmu. Przeprowadzone badania wykazały, że w wątrobie leptyna wywiera swoje działanie głównie poprzez zahamowanie aktywności SCD1, co prowadzi do zwiększania tempa utleniania kwasów tłuszczowych oraz spadku lipogenezy. Myszy SCD1-/- są także oporne na otyłość wywołaną dietą, mają podwyższone tempo metabolizmu podstawowego, zmniejszone stłuszczenie ciała oraz są bardziej wrażliwe na insulinę. Z drugiej strony wykazano, że zahamowanie aktywności SCD1, globalne lub ograniczone do pewnych organów, może zwiększać ryzyko rozwoju stanów zapalnych. Dlatego też, mimo że SCD jest bardzo atrakcyjnym celem terapeutycznym, zastosowanie inhibitora aktywności tego enzymu w leczeniu farmakologicznym wymaga precyzyjnego oddzielenia efektów metabolicznych wywołanych zahamowaniem aktywności tego enzymu lokalnie w takich tkankach, jak wątroba czy mięśnie szkieletowe, od niespecyficznych skutków globalnego zahamowania ekspresji genu SCD1. Poznanie szlaków sygnałowych regulowanych przez SCD jest niezbędne do zaproponowania nowych strategii w leczeniu zaburzeń metabolicznych. PIŚMIENNICTWO 1. Ntambi JM (1999) Regulation of stearoyl-coa desaturase by polyunsaturated fatty acids and cholesterol. J Lipid Res 40: 1549-1558 2. Tocher DR, Leaver MJ, Hodgson PA (1998) Recent advances in the biochemistry and molecular biology of fatty acyl desaturases. Prog Lipid Res 37: 73-117 3. Miyazaki M, Kim YC, Ntambi JM (2001) A lipogenic diet in mice with a disruption of the stearoyl-coa desaturase 1 gene reveals a stringent requirement of endogenous monounsaturated fatty acids for triglyceride synthesis. J Lipid Res 42: 1018-1024 4. Roche E, Buteau J, Aniento I, Reig JA, Soria B, Prentki M (1999) Palmitate and oleate induce the immediate-early response genes c-fos and nur-77 in the pancreatic beta-cell line INS-1. Diabetes 48: 2007-2014 5. Lee Y, Song SM, Park HS, Kim S, Koh EH, Choi MS, Choi MU (2002) Elevation of oleate-activated phospholipase D activity during thymic atrophy. Immunology 107: 435-443 6. Listenberger LL, Han X, Lewis SE, Cases S, Farese RV Jr, Ory DS, Schaffer JE (2003) Triglyceride accumulation protects against fatty acid-induced lipotoxicity. Proc Natl Acad Sci USA 100: 3077-3082 7. Kim JH, Kim Y, Lee SD, Lopez I, Arnold RS, Lambeth JD, Suh PG, Ryu SH (1999) Selective activation of phospholipase D2 by unsaturated fatty acid. FEBS Lett 454: 42-46 8. Hardy S, El-Assaad W, Przybytkowski E, Joly E, Prentki M, Langelier Y (2003) Saturated fatty acid-induced apoptosis in MDA-MB-231 breast cancer cells. A role for cardiolipin. J Biol Chem 278: 31861-31870 9. Obici S, Feng Z, Morgan K, Stein D, Karkanias G, Rossetti L (2002) Central administration of oleic acid inhibits glucose production and food intake. Diabetes 51: 271-275 10. Behrouzian B, Savile CK, Dawson B, Buist PH, Shanklin J (2002) Exploring the hydroxylation-dehydrogenation connection: novel catalytic activity of castor stearoyl-acp Delta(9) desaturase. J Am Chem Soc 124: 3277-3283 11. Paton CM, Ntambi JM (2010) Loss of stearoyl-coa desaturase activity leads to free cholesterol synthesis through increased Xbp-1 splicing. Am J Physiol Endocrinol Metab 299: E1066-E1075 12. Mziaut H, Korza G, Ozols J (2000) The N terminus of microsomal delta 9 stearoyl-coa desaturase contains the sequence determinant for its rapid degradation. Proc Natl Acad Sci USA 97: 8883-8888 13. Kato H, Sakaki K, Mihara K (2006) Ubiquitin-proteasome-dependent degradation of mammalian ER stearoyl-coa desaturase. J Cell Sci 119: 2342-2353 14. Dobrzyn P, Ntambi JM, Dobrzyn A (2008) Stearoyl-CoA desaturase: A novel control point of lipid metabolism and insulin sensitivity. Eur J Lipid Sci Technol 110: 93-100 15. Miyazaki M, Gomez FE, Ntambi JM (2002) Lack of stearoyl-coa desaturase-1 function induces a palmitoyl-coa Delta6 desaturase and represses the stearoyl-coa desaturase-3 gene in the preputial glands of the mouse. J Lipid Res 43: 2146-2154 16. Christianson JL, Nicoloro S, Straubhaar J, Czech MP (2008) Stearoyl- CoA desaturase 2 is required for peroxisome proliferator-activated receptor gamma expression and adipogenesis in cultured 3T3-L1 cells. Biol Chem 283: 2906-2916 17. Miyazaki M, Jacobson MJ, Man WC, Cohen P, Asilmaz E, Friedman JM, Ntambi JM (2003) Identification and characterization of murine SCD4, a novel heart-specific stearoyl-coa desaturase isoform regulated by leptin and dietary factors. J Biol Chem 278: 33904-33911 18. Mar-Heyming R, Miyazaki M, Weissglas-Volkov D, Kolaitis NA, Sadaat N, Plaisier C, Pajukanta P, Cantor RM, de Bruin TW, Ntambi JM, Lusis AJ (2008) Association of stearoyl-coa desaturase 1 activity with familial combined hyperlipidemia. Arterioscler Thromb Vasc Biol 28: 1193-1199 172 www.postepybiochemii.pl

19. Miller CW, Ntambi JM (1996) Peroxisome proliferators induce mouse liver stearoyl-coa desaturase 1 gene expression. Proc Natl Acad Sci USA 93: 9443-9448 20. Dobrzyn P, Jazurek M, Dobrzyn A (2010) Stearoyl-CoA desaturase and insulin signaling-what is the molecular switch? Biochim Biophys Acta 1797: 1189-1194 21. Waters KM, Miller CW, Ntambi JM (1997) Localization of a polyunsaturated fatty acid response region in stearoyl-coa desaturase gene 1. Biochim Biophys Acta 1349: 33-42 22. Kurebayashi S, Hirose T, Miyashita Y, Kasayama S, Kishimoto T (1997) Thiazolidinediones downregulate stearoyl-coa desaturase 1 gene expression in 3T3-L1 adipocytes. Diabetes 46: 2115-2118 23. Kim YC, Gomez FE, Fox BG, Ntambi JM (2000) Differential regulation of the stearoyl-coa desaturase genes by thiazolidinediones in 3T3-L1 adipocytes. J Lipid Res 41: 1310-1316 24. Cohen P, Miyazaki M, Socci ND, Hagge-Greenberg A, Liedtke W, Soukas AA, Sharma R, Hudgins LC, Ntambi JM, Friedman JM (2002) Role for stearoyl-coa desaturase-1 in leptin-mediated weight loss. Science 297: 240-243 25. Lam TK, Gutierrez-Juarez R, Pocai A, Bhanot S, Tso P, Schwartz GJ, Rossetti L (2007) Brain glucose metabolism controls the hepatic secretion of triglyceride-rich lipoproteins. Nat Med 13: 171-180 26. Dobrzyn A, Dobrzyn P, Miyazaki M, Sampath H, Chu K, Ntambi JM (2005) Stearoyl-CoA desaturase 1 deficiency increases CTP:choline cytidylyltransferase translocation into the membrane and enhances phosphatidylcholine synthesis in liver. J Biol Chem 280: 23356-23362 27. Chu K, Miyazaki M, Man WC, Ntambi JM (2006) Stearoyl-coenzyme A desaturase 1 deficiency protects against hypertriglyceridemia and increases plasma high-density lipoprotein cholesterol induced by liver X receptor activation. Mol Cell Biol 26: 6786-6798 28. Miyazaki M, Dobrzyn A, Sampath H, Lee SH, Man WC, Chu K, Peters JM, Gonzalez FJ, Ntambi JM (2004) Reduced adiposity and liver steatosis by stearoyl-coa desaturase deficiency are independent of peroxisome proliferator-activated receptor-alpha. J Biol Chem 279: 35017-35024 29. Biddinger SB, Miyazaki M, Boucher J, Ntambi JM, Kahn CR (2006) Leptin suppresses stearoyl-coa desaturase 1 by mechanisms independent of insulin and sterol regulatory element-binding protein-1c. Diabetes 55: 2032-2041 30. Stals HK, Mannaerts GP, Declercq PE (1992) Factors influencing triacylglycerol synthesis in permeabilized rat hepatocytes. Biochem J 283: 719-725 31. Miyazaki M, Kim YC, Gray-Keller MP, Attie AD, Ntambi JM (2000) The biosynthesis of hepatic cholesterol esters and triglycerides is impaired in mice with a disruption of the gene for stearoyl-coa desaturase 1. J Biol Chem 275: 30132-30138 32. Man WC, Miyazaki M, Chu K, Ntambi J (2006) Colocalization of SCD1 and DGAT2: implying preference for endogenous monounsaturated fatty acids in triglyceride synthesis. J Lipid Res 47: 1928-1939 33. Dobrzyn P, Pyrkowska A, Jazurek M, Szymanski K, Langfort J, Dobrzyn A (2010) Endurance training-induced accumulation of muscle triglycerides is coupled to upregulation of stearoyl-coa desaturase 1. J Appl Physiol 109: 1653-1661 34. Zheng Y, Eilertsen KJ, Ge L, Zhang L, Sundberg JP, Prouty SM, Stenn KS, Parimoo S (1999) Scd1 is expressed in sebaceous glands and is disrupted in the asebia mouse. Nat Genet 23: 268-270 35. Ntambi JM, Miyazaki M, Stoehr JP, Lan H, Kendziorski CM, Yandell BS, Song Y, Cohen P, Friedman JM, Attie AD (2002) Loss of stearoyl- CoA desaturase-1 function protects mice against adiposity. Proc Natl Acad Sci USA 99: 11482-11486 36. Dobrzyn P, Dobrzyn A, Miyazaki M, Cohen P, Asilmaz E, Hardie DG, Friedman JM, Ntambi JM (2004) Stearoyl-CoA desaturase 1 deficiency increases fatty acid oxidation by activating AMP-activated protein kinase in liver. Proc Natl Acad Sci USA 101: 6409-6414 37. Dobrzyn A, Dobrzyn P, Lee SH, Miyazaki M, Cohen P, Asilmaz E, Hardie DG, Friedman JM, Ntambi JM (2005) Stearoyl-CoA desaturase-1 deficiency reduces ceramide synthesis by downregulating serine palmitoyltransferase and increasing beta-oxidation in skeletal muscle. Am J Physiol Endocrinol Metab 288: E599-E607 38. Lee SH, Dobrzyn A, Dobrzyn P, Rahman SM, Miyazaki M, Ntambi JM (2004) Lack of stearoyl-coa desaturase 1 upregulates basal thermogenesis but causes hypothermia in a cold environment. J Lipid Res 45: 1674-1682 39. Hardie DG (2004) The AMP-activated protein kinase pathway--new players upstream and downstream. J Cell Sci 117: 5479-5487 40. Sampath H, Miyazaki M, Dobrzyn A, Ntambi JM (2007) Stearoyl-CoA desaturase-1 mediates the pro-lipogenic effects of dietary saturated fat. J Biol Chem 282: 2483-2493 41. Kersten S, Seydoux J, Peters JM, Gonzalez FJ, Desvergne B, Wahli W (1999) Peroxisome proliferator-activated receptor alpha mediates the adaptive response to fasting. J Clin Invest 103: 1489-1498 42. Miyazaki M, Flowers MT, Sampath H, Chu K, Otzelberger C, Liu X, Ntambi JM (2007) Hepatic stearoyl-coa desaturase-1 deficiency protects mice from carbohydrate-induced adiposity and hepatic steatosis. Cell Metab 6: 484-496 43. Sampath H, Flowers MT, Liu X, Paton CM, Sullivan R, Chu K, Zhao M, Ntambi JM (2009) Skin-specific deletion of stearoyl-coa desaturase-1 alters skin lipid composition and protects mice from high fat diet-induced obesity. J Biol Chem 284: 19961-19973 44. Warensjo E, Ingelsson E, Lundmark P, Lannfelt L, Syvänen AC, Vessby B, Riserus U (2007) Polymorphisms in the SCD1gene: associations with body fat distribution and insulin sensitivity. Obesity 15: 1732-1740 45. Rahman SM, Dobrzyn A, Dobrzyn P, Lee SH, Miyazaki M, Ntambi JM (2003) Stearoyl-CoA desaturase 1 deficiency elevates insulin-signaling components and down-regulates protein-tyrosine phosphatase 1B in muscle. Proc Natl Acad Sci USA 100: 11110-11115 46. Rahman SM, Dobrzyn A, Lee SH, Dobrzyn P, Miyazaki M, Ntambi JM (2005) Stearoyl-CoA desaturase 1 deficiency increases insulin signaling and glycogen accumulation in brown adipose tissue. Am J Physiol Endocrinol Metab 288: E381-E387 47. Yechoor VK, Patti ME, Ueki K, Laustsen PG, Saccone R, Rauniyar R, Kahn CR (2004) Distinct pathways of insulin-regulated versus diabetes-regulated gene expression: an in vivo analysis in MIRKO mice. Proc Natl Acad Sci USA 101: 16525-16530 48. Voss MD, Beha A, Tennagels N, Tschank G, Herling AW, Quint M, Gerl M, Metz-Weidmann C, Haun G, Korn M (2005) Gene expression profiling in skeletal muscle of Zucker diabetic fatty rats: implications for a role of stearoyl-coa desaturase 1 in insulin resistance. Diabetologia 48: 2622-2630 49. Asilmaz E, Cohen P, Miyazaki M, Dobrzyn P, Ueki K, Fayzikhodjaeva G, Soukas AA, Kahn CR, Ntambi JM, Socci ND, Friedman JM (2004) Site and mechanism of leptin action in a rodent form of congenital lipodystrophy. J Clin Incest 113: 414-424 50. Flowers JB, Rabaglia ME, Schueler KL, Flowers MT, Lan H, Keller MP, Ntambi JM, Attie AD (2007) Loss of stearoyl-coa desaturase-1 improves insulin sensitivity in lean mice but worsens diabetes in leptindeficient obese mice. Diabetes 56: 1228-1239 51. Shulman GI (2000) Cellular mechanisms of insulin resistance. J Clin Invest 106: 171-176 52. McGarry JD (2002) Banting lecture 2001: dysregulation of fatty acid metabolism in the etiology of type 2 diabetes. Diabetes 51: 7-18 53. Holland WL, Brozinick JT, Wang LP, Hawkins ED, Sargent KM, Liu Y, Narra K, Hoehn KL, Knotts TA, Siesky A, Nelson DH, Karathanasis SK, Fontenot GK, Birnbaum MJ, Summers SA (2007) Inhibition of ceramide synthesis ameliorates glucocorticoid-, saturated-fat-, and obesity-induced insulin resistance. Cell Metab 5: 167-179 54. Oakes ND, Bell KS, Furler SM, Camilleri S, Saha AK, Ruderman NB, Chisholm DJ, Kraegen EW (1997) Diet-induced muscle insulin resistance in rats is ameliorated by acute dietary lipid withdrawal or a single bout of exercise: parallel relationship between insulin stimulation of glucose uptake and suppression of long-chain fatty acyl-coa. Diabetes 46: 2022-2028 55. Iglesias MA, Ye JM, Frangioudakis G, Saha AK, Tomas E, Ruderman NB, Cooney GJ, Kraegen EW (2002) AICAR administration causes an apparent enhancement of muscle and liver insulin action in insulinresistant high-fat-fed rats. Diabetes 51: 2886-2894 Postępy Biochemii 58 (2) 2012 173