Hoe wordt goed cholesterol gemaakt? Beeldvormingsmethode toont het productiemechanisme op moleculair niveau

Hoge dichtheid lipoproteïnen (HDL), ook bekend als “goed cholesterol”, verwijdert overtollig cholesterol uit de weefsels van het lichaam en transporteer het naar de lever. Het is bekend dat dit proces atherosclerose, de opbouw van plaque in de wanden van slagaders, voorkomt. Atherosclerose wordt geassocieerd met dodelijke symptomen, waaronder hartaanvallen, beroertes, aneurysma’s en bloedstolsels. Ondanks het belang van HDL’s, hebben wetenschappers nog steeds een beperkt begrip van hoe ze worden gemaakt.

“Historisch werd aangenomen dat HDL’s overtollig cholesterol uit cellen halen door passieve diffusie”, legt hoofdonderzoeker professor Kazumitsu Ueda uit, een professor aan het Institute for Integrated Cell-materiaalwetenschappen van de Kyoto University (ICEM’s).

“In 1999 onthulde een genetische analyse van Tanger-ziekte, een aandoening die wordt gekenmerkt door lage niveaus van bloed HDL, echter dat het ATP-bindende cassette-eiwit A1 (ABCA1), een ATP-afhankelijke transporter, essentieel was voor de HDL-productie. Dat alleen maar verdiepte het mysterie-hoe was HDL’s gemaakt en wat er precies was?”

Nu heeft een team van onderzoekers van de ICEM’s een nieuwe beeldvormingsmethode gebruikt om het moleculaire mechanisme te onthullen waardoor HDL’s worden gemaakt. Ze lieten zien hoe ABCA1 HDL -moleculen genereert. De bevindingen zijn gepubliceerd in het dagboek Nano letters.

Het team veronderstelde oorspronkelijk dat ABCA1 tijdelijk ongeveer 500 cholesterol- en fosfolipide -moleculen zou opslaan in zijn extracellulaire domein (ECD), het deel van ABCA1 dat zich buiten de cel uitstrekt. Hoewel de ECD in ABCA1 bijzonder groot is, meldde een vroege studie met behulp van cryo -elektronenmicroscopie dat de ECD van ABCA1 een “tunnel” vormt die slechts minder dan tien lipidemoleculen tegelijk kan herbergen.

Om naar dit microscopische mysterie te turen, werkte Atsushi Kodan in het team van Ueda samen met het team van Noriyuki Kodera aan het Nano Life Science Institute (NANO-LSI) aan de Kanazawa University, die de high-speed atomaire krachtmicroscopie ontwikkelde die in deze studie werd gebruikt. Deze techniek stelt onderzoekers in staat om moleculaire processen te bekijken bij tijdelijke en nanometer ruimtelijke resoluties van subsecond. “Weinig onderzoeksgroepen ter wereld zouden dit experiment kunnen uitvoeren”, zegt Ueda.

Ze zagen dat HDL -generatie een veel complexer proces is, waarbij ABCA1 lipiden overdraagt ​​naar de ECD door het proces van ATP -hydrolyse, dat de chemische energie vrijgeeft die is opgeslagen in de bindingen van ATP. De ECD groeit tijdelijk een nieuwe structuur om een ​​enorme hoeveelheid lipiden op te slaan, die vervolgens worden geladen en-masse op apolipoproteïne AI (ApoA-I). Tijdens dit proces ervaart de ECD een plotselinge en dynamische herstructurering, waardoor ongeveer 30% van zijn volume verloren. Het laden van de lipiden op ApoA-I produceert de opkomende HDL’s.

“De fysiologische rollen van HDL en cholesterol zijn vaak niet volledig begrepen”, zegt Ueda. “Door de functie en regulerende mechanismen van ABCA1 te verduidelijken, hopen we een nauwkeuriger begrip te bevorderen.”

Het team hoopt dat een verbeterd begrip van hoe HDL’s worden gemaakt, en welke functies ze uitvoeren, studies kunnen helpen zich te concentreren op de rol van zowel “goed” als “slecht” cholesterol in het lichaam, en de behandeling van cholesterol-gerelateerde ziekten te informeren.

Kodan zegt dat de high-speed atomaire krachtmicroscopie die het gebruikte team in staat stelde om zijkant-beeldbeelding van membraaneiwitten uit te voeren, wat zowel zeldzaam als moeilijk is. “Deze nieuwe methodologie voor efficiënte zijkant-beeldbeeldvorming van menselijke ABCA1 kan worden toegepast op een breed scala aan membraaneiwitsystemen, waaronder het transport van lipiden, geneesmiddelen en metabole producten,” zegt hij.