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METABOLISMO DEL COLESTEROLO Università di Roma TOR VERGATA CL in Medicina Biochimica (Prof L. Avigliano)

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Presentazione sul tema: "METABOLISMO DEL COLESTEROLO Università di Roma TOR VERGATA CL in Medicina Biochimica (Prof L. Avigliano)"— Transcript della presentazione:

1 METABOLISMO DEL COLESTEROLO Università di Roma TOR VERGATA CL in Medicina Biochimica (Prof L. Avigliano)

2 COLESTEROLO MOLECOLA FONDAMENTALE PER IL NOSTRO ORGANISMO piccola molecola più premiata: 13 Premi Nobel Chimici per la sua struttura a 4 anelli condensati Biochimici per la biosintesi (coinvolti più di 30 enzimi) a partire dallacetato Fisiologi per le sue funzioni Medici collegata ad aterosclerosi ed infarto scoperto nel 1784 nei calcoli biliari

3 Gruppo alcolico esterificato con acido grasso es. nelle lipoproteine ALCOL

4 Colesterolo deriva dalla DIETA presente soltanto in alimenti di origine animale nelle piante: fitosteroli dalla dieta: 50 mg/die vegetariani -> 400 mg/die INRAN, Linee guida USA mg/die (adulti) BIOSINTESI mg/die in tutti i tessuti (fegato, intestino, pelle TURNOVER GIORNALIERO 800 mg/die COLESTEROLO TOTALE 100 g 5 % ematico, 95 % cellulare

5 FUNZIONI strutturale Supporto strutturale e carattere idrofobico alle membrane precursore - acidi biliari (400 mg/die) VIA CATABOLICA - ormoni steroidei (cortisolo, aldosterone, ormoni sessuali) - vitamina D EFFETTI DANNOSI molecola apolare, assolutamente insolubile in acqua - se precipita, non più rimovibile con conseguente danno cellulare - se si accumula in modo errato nelle arterie non può più essere rimosso; i livelli ematici devono rimanere bassi Stretta correlazione fra livelli di colesterolo ematico e rischio di malattia coronarica

6 omeostasi epatica studiata da oltre 30 anni biosintesienzima chiave HMGCoA reduttasi catabolismo enzima chiave colesterolo 7 idrossilasi captazione dal circolorecettori per le lipoproteine FEGATO: organo primario nella omeostasi del colesterolo

7 In elegant and systematic studies you have discovered a physiological mechanism of great importance: the way in which mammalian cells strive to establish an equilibrium between their own synthesis of cholesterol and the cholesterol they obtain from the circulating blood influenced by diet. You have also demonstrated something else: how successful cooperation can be a principle that should perhaps be more widely applied, both in science and in other areas of human endeavour. Michael Brown e Joseph Goldstein Univ of Texas - Nobel Prize 1985 JBC classic 2006 vol 281 N.31 the decision letter from Associate Editor Eugene Kennedy: - It is my considered opinion that publication of this paper would not serve medical science neither would it earn credit in the long run to its authors The paper, the basis of the Nobel Prizes awarded to Brown and Goldstein, was eventually accepted.

8 acetato terpene polimerizzazione 3 HC-C=CH-CH 3 CH 3 I isoprene

9 acetilCoA isoprene (5 atomi di carbonio) squalene (30 atomi di carbonio) Prodotto di ciclizzazione (30 atomi di carbonio) colesterolo (27 atomi di carbonio) lanosterolo polimerizzazione STRATEGIA della VIA BIOSINTETICA O2O2 RETICOLO ENDOPLASMATICO HO 3 HC CH 3 H HO 3 HC CH 3 CH 2 O 2 NADPH ATP, NADPH C-C=C-C I C

10 BIOSINTESI Acetil CoA mitocondriale - piruvato (da glucosio) - -ossidazione acidi grassi esportato dal mitocondrio sotto forma di citrato citrato + ATP + CoASH + citrato liasi --> ossalacetato + acetil CoA + ADP + Pi ossalacetato + NADH malato + NAD + malato + NADP + + H 2 O + enzima malico piruvato + HCO NADPH + H + NADPH + H + - via dei pentosi fosfati (glucosio) - enzima malico ATP fosforilazione ossidativa

11 1. Conversione di 3 composti C2 (acetil CoA) in un composto C6 (mevalonato) HMG~CoA reduttasi PUNTO DI CONTROLLO DEL PROCESSO BIOSINTETICO CO-S-CoA + CH 3 CH 3 C=O CH 2 CO -S-CoA COO - CH 2 HO-C-CH 3 CH 2 CO -S-CoA CoA-SH HMG~CoA sintasi CoA-SH HMG ~CoA reduttasi 2NADPH + H + 2NADP + CH 2 HO-C-CH 3 CH 2 CH 2 O H COO - acetil CoAacetoacetil CoA mevalonato idrossimetil glutaril ~ CoA (HMG~CoA) * *

12 2. Conversione del composto C6 a C5 (isoprene attivato) Tre tappe di fosforilazione con il consumo di 3 ATP 3 isopentenilpirofosfato dimetilallilpirofosfato mevalonato 5 fosfomevalonato 5 pirofosfomevalonato CH 2 HO-C-CH 3 CH 2 CH 2 O H COO - mevalonato chinasi ATP ADP CH 2 HO- C-CH 3 CH 2 CH 2 -O-PO 3 H – COO - CH 2 HO- C-CH 3 CH 2 -O-P~P CH 2 fosfomevalonato chinasi ATP ADP CH 2 II C - CH 3 CH 2 -O-P ~P CH 2 ATP ADP + Pi CO 2 fisfomevalonato decarbossilasi CH 3 I C - CH 3 CH 2 -O-P ~P CH isopentenilpirofosfato isomerasi

13 3. Polimerizzazione della molecola isoprenica dimetilallilpirofosfato Isopentenil pirofosfato + prenil transferasi PPi geranilpirofosfato PPi farnesilpirofosfato prenil transferasi squalene sintasi NADPH + H + NADP + + 2PPi squalene C5 C10 C15 C30 2 X

14 4. Ciclizzazione dello squalene a lanosterolo e conversione a colesterolo rimozione 3 metili (due in C4 ed uno in C14) come CO 2 saturazione doppio legame (catena laterale) spostamento doppio legame (8,9 5,6) O2O2 NADPH + H + NADP + Squalene epossidasi H2OH2O H+H+ squalene squalene epossido lanosterolo 19 reazioni (NADPH e O 2 ) Squalene epossido ciclasi

15 selenoproteine Dolicolo-P unità Proteine N- glicosilate (immunoglobuline) Colesterolo CoQ 10 o ubichinone Proteine isoprenilate (Ras) ormoni vitamina D acidi biliari membrane Antiossidante lipofilo Trasporto elettroni mitocondriale trasduzione del segnale farmaci antitumorali isopenteniladenosina tRNA Sec + Tyr Eme a citocromo c ossidasi ALTRE BIOSINTESI

16 Il colesterolo importato blocca la sintesi di altro colesterolo e del recettore Alti livelli ematici associati a rischio di malattia cardiovascolare Border line mg/dL apoB100 esteri del colesterolo fosfolipidi TG colesterolo libero (non esterificato) LDL

17 REGOLAZIONE DELLA ATTIVITA DELLA HMG~CoA REDUTTASI

18 I. modulazione attività catalitica tramite inibizione da prodotto mevalonato farmaci (statine) II. modificazione covalente tramite fosforilazione/defosforilazione che dipende dallo STATO ENERGETICO DELLA CELLULA forma non fosforilata più attiva forma fosforilata meno attiva - chinasi AMP dipendente (AMPK) ATP/AMP 50 piccole variazioni [ATP] portano grandi variazioni [AMP] calo in [ATP] calo nella sintesi di colesterolo e ac. grassi III. modulazione dei livelli proteici tramite degradazione e biosintesi sotto il controllo dei livelli cellulari di colesterolo via principale VARIAZIONI dATTIVITA dellHMGCoAR FINO A 200 VOLTE

19 R HO CH 3 COO - OH O O CH 3 X HO COO - OH H3CH3C R = CH 3 X= H lovastatina R = CH 3 X= CH 3 simvastatina STATINE Inibitori competitivi della HMG CoA reduttasi sono i composti più efficaci per livelli di LDL (~ 50%) sintesi colesterolo sintesi del recettore per le LDL (effetti modesti HDL) anti-infiammatori anti-aggreganti miopatia (coenzima Q? canali ionici? proossidante e perossidazione lipidica? apoptosi?) neuropatia, disturbi intestinali effetti positivi o negativi a prescindere dal colesterolo

20 REGOLAZIONE dei LIVELLI di HMG~COA REDUTTASI controllo feedback da parte del colesterolo DEGRADAZIONE e BIOSINTESI REGOLATE dai LIVELLI CELLULARI DI COLESTEROLO (tramite sensori dei livelli di colesterolo del R.E.) tramite PROTEOLISI CONTROLLATA

21 dominio idrofobico N-terminale ancorato al R.E. che contiene un dominio sensibile agli steroli - importante per la stabilità dominio idrofilico citosolico C-terminale -catalitico HMG~CoA reduttasi 2 DOMINI I. DEGRADAZIONE (emivita 3 h) dominio sensibile agli steroli sterol-sensing domain in presenza di alti livelli di colesterolo degradata dal sistema ubiquitina- proteasoma

22 tramite i fattori di trascrizione Sterol Regulatory Element - Binding Protein SRE-BP Legano sequenze SRE Sterol Regulatory Element presenti nel promotore di geni coinvolti nella biosintesi di acidi grassi e colesterolo 2 isoforme sintetizzate da due distinti geni SRE-BP1c biosintesi di trigliceridi SRE-BP2 biosintesi di colesterolo e recettori LDL BIOSINTESI: regolazione trascrizionale

23 SCAP - SREBP- Cleavage Activating Protein contienesterol-sensing domain (omologo a dominio della HMGCoA-R) SENSORE DEL COLESTEROLO Alti livelli colesterolo - Interazione Insig - SCAP e blcco di SREBP - nel RE N-terminale - forma solubile attiva nucleare S1P = proteasi del sito 1 S2P = proteasi del sito 2 cytosol ER cytosol GOLGI Bassi livelli di colesterolo Complesso SCAP-SREBP

24 SCAP proteina tetramerica che risponde in maniera cooperativa ai livelli di colesterolo: coefficiente di Hill 3,5 Arun Radhakrishnan1 et al. Cell metabolism 2008

25 REGOLAZIONE GLOBALE ALTI LIVELLI DI COLESTEROLO DEL R.E. PORTANO A 1. Aumento della degradazione di HMG-CoA reduttasi 2. Diminuzione della attivazione di SRE-BP SI ABBASSANO I LIVELLI BASSI LIVELLI DI COLESTEROLO DEL R.E. PORTANO A 1. Più lunga emivita di HMG-CoA reduttasi 2. Aumento della attivazione di SRE-BP SI INNALZANO I LIVELLI

26 Regolazione epatica intermediate-density lipoprotein IDL SATURAZIONE RECETTORE CALORIE TOTALI TRIGLICERIDI COLESTEROLO DIETA IPOCALORICA DIGIUNO

27 CATABOLISMO

28 SALI BILIARI. Prodotti del CATABOLISMO acido taurocolico Funzione nellassorbimento dei lipidi R.E. Colesterolo 7 -idrossicolesterolo CYP7A1 - indotta da colesterolo alimentare - inibita da sali biliari NADPH NADP O2O2 H2OH2O 7 -idrossilasi (CYP7A1) Idrossilato in C3, C7, C12 7 -idrossilasi

29 ORMONI STEROIDEI COLESTEROLO C27 PREGNENOLONE C21 PROGESTERONE C21 GLUCORTICOIDI C21 cortisolo MINERALCORTICOIDI C21 aldosterone ANDROGENI C19 ESTROGENI C18

30 CH 3 HO CH 3 C=O CH 3 I I I I 3 HC HO CH 3 CH–CH 2 –CH 2 –CH 2 –CH–CH 3 CH 3 I I I I I I. NAD+ deidrogenasi II. 4,5 isomerasi pregnenolone + aldeide isocaproica progesterone OH desmolasi NADPH + H + NADP FAD reduttasi FADH 2 Fe- S cit P450 colesterolo 20,22 diidrossi colesterolo O2O2 H2OH2O

31 O CH 3 I CH 3 I C=O I = O OH I = HO OH I I progesterone (C21) glucocorticoidi (C21) cortisolo androgeni (C19) testosterone estrogeni (C18) estradiolo O CH 2 -OH I C=O I = OH I HO CH 3 I CH 3 I CH 3 I CH 3 I CH 3 I CH 3 I CH 3 I


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