< Terug naar vorige pagina

Project

Onderzoek naar de rol van peroxisomen in verschillende weefsels gebruik makend van knock-out muismodellen

Peroxisomen zijn multifunctionele organellen, aanwezig in bijna alle eukaryote cellen, die een essentiële rol spelen in het intermediair lipidenmetabolisme. In een aantal erfelijke ziekten die veroorzaakt worden door peroxisomale dysfunctie zijn meerdere organen aangetast. Deze defecten werden nagebootst in muismodellen voor deze ziekten. Echter, de specifieke functie van peroxisomen in verschillende celtypes en weefsels is nog grotendeels onopgehelderd. In deze thesis onderzochten we de gevolgen van peroxisomale inactiviteit in hepatocyten en in β-cellen van de pancreas. Terwijl de lever historisch gezien het weefsel is waarin peroxisomen het eerst en meest uitgebreid onderzocht werd, is er tot nu toe weinig informatie beschikbaar betreffende peroxisomen in β-cellen van de pancreas.

In vroege beschrijvingen van patiënten met het Zellweger-syndroom, waarbij functionele peroxisomen ontbreken, werden mitochondriale abnormaliteiten in de lever gedocumenteerd. Deze abnormaliteiten werden ook geobserveerd in muismodellen, waarin de peroxisoom biogenese factor PEX5 in de lever uitgeschakeld was (L-Pex5-/- muizen). Hierbij gingen de ultrastructurele veranderingen in de mitochondriën samen met een verminderde mitochondriale membraanpotentiaal en verminderde activiteit van de respiratoire complexen I, III en V. Onze doelstelling was dan ook de mechanismen te ontrafelen, die aan de basis liggen van de mitochondriale aantasting als gevolg van peroxisomale dysfunctie. We toonden aan dat de mitochondriale afwijkingen geassocieerd waren met een verhoogd gehalte aan reactieve zuurstof radicalen (ROS). Bovendien leken deze mitochondriale afwijkingen selectief te zijn voor hepatocyten, vermits de mitochondriale ultrastructuur en de activiteit van complex I in PEX5 deficiënte hersenen, spieren en hart onveranderd waren. Daarom onderzochten we verder of peroxisomale metabolieten, die specifiek in hepatocyten aangerijkt zijn, de oorzaak kunnen zijn van de mitochondriale defecten. Hiertoe werd het gehalte van deze metabolieten gemanipuleerd of werd het gehalte vergeleken in verschillende muismodellen met deficiënte peroxisomale β-oxidatie. Vervolgens werden deze gecorreleerd met de complex I-activiteit. De sterke daling in het gehalte aan docosahexaeenzuur (DHA) in fosfolipiden van mitochondriën van Pex5-/- hepatocyten kon hersteld worden door orale toediening van DHA aan L-Pex5-/- muizen. Echter, er werd na de behandeling geen verbetering van de activiteit van complex I gezien. Bovendien veroorzaakte de accumulatie van significante hoeveelheden van de vertakte keten vetzuren, fytaanzuur en pristaanzuur, in de lever na behandeling van wild type muizen met een fytoldieet geen daling van de complex I-activiteit. Daarnaast hebben we aangetoond dat dicarboxylzuren (DCA) niet in de lever van L-Pex5-/- muizen accumuleren. Ook was in Mfp1-/- muizen, waarbij al eerder werd aangetoond dat DCAs opstapelen na toediening van een kokosnootdieet, de complex I-activiteit niet gedaald. Ten slotte hebben we ook de gehalten van de galzuurintermediairen DHCA en THCA, waarvan verondersteld wordt dat deze mitotoxisch zijn, gemeten in de levers van volwassen en prenatale muizen met deletie van PEX5 of MFP2. MFP2 is een peroxisomaal enzym dat een cruciale rol speelt in de β-oxidatie van vetzuren. Echter, de gehalten correleerden niet met de geobserveerde mitochondriale dysfunctie. In conclusie, hoewel we het exact verband tussen de afwezigheid van peroxisomen en mitochondriale abnormaliteiten niet konden aantonen, kunnen we wel uitsluiten dat DHA-depletie en accumulatie van vertakte en dicarboxylzuren, of galzuurintermediairen een rol spelen in het ontstaan van de mitochondriale abnormaliteiten.

In de literatuur worden tegenstrijdige ideeën over het belang van peroxisomaal metabolisme in β–cellen van de pancreas gepostuleerd. Het peroxisomaal metabolisme zou ofwel schadelijk ofwel voordelig zijn voor de β-celfunctie. Daarom was de tweede doelstelling van dit onderzoek de rol van peroxisomen in β-cellen van de pancreas te onderzoeken. Dit werd bewerkstelligd door de ontwikkeling en fenotypering van β-celspecifieke Pex5 knockout muizen (Rip-Pex5-/-). We toonden aan dat de glucosehomeostase in deze muizen verstoord was. Dit werd ondersteund door een verhoogd bloedglucosegehalte, in zowel gevoede als gevaste toestand, als door de glucose intolerantie. Na een bolusinjectie met glucose in de Rip-Pex5-/- muizen was het circulerende insulinegehalte duidelijk lager dan in controle muizen. Dit ging gepaard met een daling van de totale hoeveelheid insuline in de pancreas en met een verlaagde β-cel massa. Er konden geen veranderingen aangetoond worden in de glucose-gestimuleerde insulinesecretie van eilandjes van Langerhans ex vivo, het insulinegehalte per eiland en de ROS-productie in zowel het cytoplasma als in de mitochondriën van gecultiveerde eilandcellen.Echter, de mitochondriale membraanpotentiaal in gecultiveerde eilandcellen van de mutante muizen was verhoogd. Deze resultaten suggereren dus dat peroxisomen bijdragen aan de normale functie van gezonde β-cellen. Tot nu toe zijn we er echter niet in geslaagd om de mechanismen achter deze relatie te ontrafelen.

In het algemeen tonen de resultaten van dit onderzoek een essentiële rol aan van peroxisomen in de normale functie van hepatocyten en β-cellen van de pancreas, twee heel belangrijke celtypes in metabole processen.

Datum:4 sep 2012  →  8 dec 2016
Trefwoorden:peroxisome, mitochondria, beta-cells
Disciplines:Engineering van biomaterialen, Biologische systeemtechnologie, Biomateriaal engineering, Biomechanische ingenieurswetenschappen, Andere (bio)medische ingenieurswetenschappen, Milieu-ingenieurswetenschappen en -biotechnologie, Industriële biotechnologie, Andere biotechnologie, bio-en biosysteem ingenieurswetenschappen, Ontdekking en evaluatie van biomarkers, Ontdekking en evaluatie van geneesmiddelen, Medicinale producten, Farmaceutica, Farmacognosie en fytochemie, Farmacologie, Farmacotherapie, Toxicologie en toxinologie, Andere farmaceutische wetenschappen
Project type:PhD project