Введение

Липопротеиновая липаза (LPL) (EC 3.1.1.34, систематическое название триацилглицеролацилгидролаза (липопротеин-зависимая)) является членом семейства генов липаз, включающего панкреатическую липазу, печеночную липазу и эндотелиальную липазу. Это водорастворимый фермент, который гидролизует триглицериды в липопротеинах, таких как содержащиеся в хиломикронах и липопротеинах очень низкой плотности (ЛПНП), до двух свободных жирных кислот и одной молекулы моноацилглицерола:

триацилглицерол + H2O = диацилглицерол + карбоксилат

Он также участвует в усилении клеточного поглощения остатков хиломикронов, липопротеинов, богатых холестерином, и свободных жирных кислот. LPL требует ApoC II в качестве кофактора. LPL прикрепляется к люминальной поверхности эндотелиальных клеток капилляров с помощью белка гликозилфосфатидилинозитол-связывающего белка ЛПВП1 (GPIHBP1) и гепарансульфатированных пептидогликанов. Наиболее широко распространена в жировой, сердечной и скелетной мышечной ткани, а также в молочных железах в период лактации.

Синтез

Вкратце, ЛПЛ секретируется из паренхимальных клеток сердца, мышц и жировой ткани в виде гликозилированного гомодимера, после чего транслоцируется через внеклеточный матрикс и через эндотелиальные клетки в просвет капилляра. После трансляции вновь синтезированный белок гликозилируется в эндоплазматическом ретикулуме. Участки гликозилирования ЛПЛ – Asn 43, Asn 257 и Asn 359. Затем глюкозидазы удаляют концевые остатки глюкозы; ранее считалось, что такое удаление глюкозы отвечает за конформационное изменение, необходимое для образования ЛПЛ гомодимерами и приобретения каталитической активности. В аппарате Гольджи олигосахариды подвергаются дальнейшим изменениям, в результате чего формируются либо две сложные цепи, либо две сложные и одна высокоманнозная цепь. Гомодимеризация необходима для секреции ЛПЛ из клеток. После секреции ЛПЛ транспортируется через эндотелиальные клетки и поступает в просвет капилляра при помощи белка, связанного с гликозилфосфатидилинозитолом и липопротеинами высокой плотности.

Структура

Были опубликованы данные о кристаллических структурах комплекса LPL с GPIHBP1. LPL состоит из двух различных доменов: более крупного N-концевого домена, содержащего липолитически активный центр, и меньшего C-концевого домена. Эти два домена соединены пептидным линкером. N-концевой домен имеет α/β-гидролазную складку, представляющую собой глобулярную структуру, содержащую центральный β-лист, окруженный α-спиралями. C-концевой домен представляет собой β-сэндвич, образованный двумя слоями β-листов, и имеет вид удлиненного цилиндра.

Механизм

Активный центр LPL состоит из консервативной триады Ser 132, Asp 156 и His 241. Другие важные области N-концевого домена для катализа включают оксианионное отверстие (Trp 55, Leu 133), область "крышки" (остатки 216–239), а также петлю β5 (остатки 54–64). C-концевый домен также важен для связывания с рецепторами ЛПНП. Как N-, так и C-концевые домены содержат участки связывания гепарина, расположенные дистально от участков связывания липидов; таким образом, LPL служит мостом между поверхностью клетки и липопротеинами. Важно отметить, что связывание LPL с поверхностью клетки или рецепторами не зависит от его каталитической активности. Нековалентный гомодимер LPL имеет головка-к-хвосту расположение мономеров. Триада Ser/Asp/His находится в гидрофобной бороздке, закрытой от растворителя "крышкой". По оценкам, до сорока димеров LPL могут одновременно действовать на один липопротеин. LPL функционирует как гомодимер и выполняет двойную функцию триглицеридной гидролазы и лиганда/мостового фактора для рецептор-опосредованного захвата липопротеинов. В результате катализа VLDL превращается в IDL, а затем в LDL. Тяжелые мутации, вызывающие дефицит LPL, приводят к гиперлипопротеинемии I типа, в то время как менее выраженные мутации в LPL связаны с множеством нарушений метаболизма липопротеинов.

Регулирование

ЛПЛ контролируется на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях. Циркадные часы могут играть важную роль в контроле уровня мРНК Lpl в периферических тканях. Изоферменты ЛПЛ регулируются по-разному в зависимости от ткани. Например, известно, что инсулин активирует ЛПЛ в адипоцитах и способствует его локализации в эндотелии капилляров. В то же время, показано, что инсулин снижает экспрессию ЛПЛ в мышечной ткани. Мышечная и миокардиальная ЛПЛ активируются, напротив, глюкагоном и адреналином. Это помогает объяснить, почему во время голодания активность ЛПЛ возрастает в мышечной ткани и снижается в жировой, а после приема пищи наблюдается обратная картина. Концентрация ЛПЛ на поверхности эндотелиальных клеток не может регулироваться самими эндотелиальными клетками, поскольку они не синтезируют и не деградируют ЛПЛ. Вместо этого, регуляция осуществляется за счет управления потоком ЛПЛ, поступающего к месту липолиза, и регулирования активности ЛПЛ, присутствующего в эндотелии. Ключевым белком, участвующим в контроле активности ЛПЛ, является ANGPTL4, который выступает в качестве локального ингибитора ЛПЛ. Индукция ANGPTL4 объясняет ингибирование активности ЛПЛ в белой жировой ткани во время голодания. Все больше данных свидетельствуют о вовлеченности ANGPTL4 в физиологическую регуляцию активности ЛПЛ в различных тканях. Для объяснения изменений активности ЛПЛ в течение цикла кормления-голодания была предложена модель ANGPTL3-4-8. В частности, прием пищи индуцирует ANGPTL8, активируя путь ANGPTL8–ANGPTL3, который ингибирует ЛПЛ в сердечной и скелетной мышцах, тем самым делая циркулирующие триглицериды доступными для поглощения белой жировой тканью, в которой активность ЛПЛ повышена из-за снижения уровня ANGPTL4; обратное происходит во время голодания, когда ANGPTL8 подавляется, но индуцируется ANGPTL4, направляя триглицериды в мышцы. Модель предлагает общую схему регуляции транспорта триглицеридов. У мышей было показано, что сверхэкспрессия ЛПЛ вызывает инсулинорезистентность и способствует развитию ожирения. Экспрессия ЛПЛ оказалась прогностическим фактором при хроническом лимфоцитарном лейкозе. При этом гематологическом заболевании ЛПЛ, по-видимому, обеспечивает злокачественные клетки жирными кислотами в качестве источника энергии. Таким образом, повышенные уровни мРНК или белка ЛПЛ рассматриваются как показатели неблагоприятного прогноза.

Взаимодействия

Было показано, что липопротеиновая липаза взаимодействует с LRP1. Она также является лигандом для α2M, GP330 и рецепторов VLDL.