Μελέτη της επίδρασης της ελευρωπαΐνης στην ομοιοστασία των λιπιδίων: διερεύνηση του ρόλου των πυρηνικών πρωτεΐνων PPARs

Abstract

Oleuropein (OLE), the main polyphenolic constituent of the olive tree, has demonstrated antioxidant and hypolipidemic properties. It is well established that upon activation, Peroxisome proliferator activated receptor type α (PPARα), plays a key role in the regulation of lipid metabolism, as well as the energy homeostasis of the cell. This study focuses on the mechanisms underlying the Oleuropein’s hypolipidemic properties and specifically, on its role on PPARα activation. For this purpose, we initially evaluated using in silico approaches, the Oleuropein’s binding capacity to PPARα. These in silico studies, employing theoretic binding models at the PPARα’s crystal structure along with Molecular Docking simulation, confirmed our hypothesis that OLE is a PPARα agonist. Furthermore, we investigated in vitro, using the Luciferase reporter gene assay, Oleuropein’s ability to bind to the LBD of PPARα. Both, in silico and in vitro studies, clearly showed that OLE is a ligand of PPARα. In vivo studies also confirmed that OLE is a PPARα agonist that induces PPARα activation. Specifically, treatment of male wild-type mice with OLE (100mg/kg, p.o.) followed the regular rodent diet for 6 weeks, resulted in the up-regulation of both, PPARα and several target genes in the liver, potentially via activation of the PI3K/AKT/p70S6K signaling pathway. This effect was correlated with a significant reduction of serum triglycerides (TGs) and total cholesterol levels. In contrast, OLE had no effect in these lipid markers in Ppara-null mice indicating a direct involvement of PPARα in the OLE-mediated suppression of serum TG and total cholesterol levels. The assessment of the effect of OLE on hepatic and W.A.T regulatory factors playing determinant roles in TG homeostasis indicated the following: 1) the activation of HSL (Hormone Sensitive Lipase) in the W.A.T of wild type mice, 2) the upregulation of several hepatic factors involved in TG uptake, transport, metabolism and clearance. It is very likely that both, HSL activation in the W.A.T. and activation of several hepatic factors may also contribute in the OLE- mediated reduction of TGs and total cholesterol levels. In summary, it appears that OLE reduces serum TGs and total cholesterol levels in mice via PPARα activation. The data of this study, also indicated that HSL activation in the W.A.T. and upregulation of various hepatic genes (most of them are PPARα target genes) may contribute in the mechanism mediating the Oleuropein’s hypolipidemic effects. In conclusion, this study has demonstrated in mice the Oleuropein’s hypolipidemic effects and has clarified to a certain point the underlying mechanisms indicating mainly, the catalytic role of PPARα activation. Given that lipid homeostasis is regulated by complex cellular mechanisms, involving a plethora of factors, we consider that potentially other mechanisms also mediate the Oleuropein’s hypolipidemic effects, and that their thorough investigation is a subject of future studies.

Η Ελευρωπαΐνη, το κύριο πολυφαινολικό συστατικό της ελιάς, παρουσιάζει αντιοξειδωτικές και υπολιπιδαιμικές ιδιότητες. Ο ενεργοποιημένος υποδοχέας επαγωγής του πολλαπλασιασμού των υπεροξεισωμάτων τύπου α (PPARα), διαδραματίζει καίριο ρόλο στον έλεγχο του μεταβολισμού των λιπιδίων και στην ενεργειακή ομοιαστασία του κυττάρου. Η συγκεκριμένη έρευνα εστιάζει στους μηχανισμούς της υπολιπιδαιμικής δράσης της Ελευρωπαΐνης με έμφαση στο ρόλο της Ελευρωπαΐνης στην ενεργοποίηση του PPARα. Για τον σκοπό αυτό, έγινε αξιολόγηση in silico της ικανότητας της Ελευρωπαΐνης να προσδένεται στον PPARα. Θεωρητικά μοντέλα πρόσδεσης στην κρυσταλλική δομή του PPARα με τη χρήση Μοριακής Προσομοίωσης Πρόσδεσης, επιβεβαιώνουν την υπόθεσή μας ότι η Ελευρωπαΐνη είναι αγωνιστής του PPARα. Επιπλέον, διερευνήθηκε in vitro με το Luciferase reporter gene assay η ικανότητα της Ελευρωπαΐνης να προσδένεται στον υποδοχέα PPARα και να τον ενεργοποιεί. Τα αποτελέσματα από την in silico και την in vitro μελέτη δείχνουν σαφώς ότι η ελευρωπαΐνη ενεργοποιεί τον PPARα. Στη συνέχεια έγινε in vivo διερεύνηση της ενεργοποίησης του PPARα από την Ελευρωπαΐνη και αξιολόγηση της επίδρασής της στο λιπιδαιμικό προφίλ των πειραματόζωων. Αγωγή αρσενικών μυών άγριου τύπου (SV129 Wild Type) με Ελευρωπαΐνη σε δοσολογία 100mg/kg, p.o, τα οποία ακολούθησαν τυπική δίαιτα για τρωκτικά, για 6 εβδομάδες, είχε ως αποτέλεσμα επαγωγή του Pparα και των γονιδίων-στόχων του στο ήπαρ, πιθανώς μέσω ενεργοποίησης του PI3K/AKT/p70S6K σηματοδοτικού μονοπατιού. Αυτή η επίδραση της Ελευρωπαΐνης φαίνεται να σχετίζεται άμεσα με σημαντική μείωση των επιπέδων των TGs του ορού και της ολικής χοληστερόλης, γιατί η Ελευρωπαΐνη δεν είχε καμία επίδραση σε αυτούς τους λιπιδαιμικούς δείκτες σε διαγονιδιακούς Pparα null μύες. Στην κατεύθυνση της διερεύνησης της επίδρασης της Ελευρωπαΐνης σε ηπατικούς παράγοντες και σε παράγοντες, που εκφράζονται στο λευκό λιπώδη, κρίσιμους για την ομοιοστασία των Τριγλυκεριδίων, διαπιστώθηκαν τα ακόλουθα: 1) Ενεργοποίηση της ορμονο-ευαίσθητης λιπάσης (HSL) στο λευκό λιπώδη ιστό (W.A.T.) των άγριου τύπου μυών, 2) επαγωγή ποικίλλων ηπατικών παραγόντων, που συμμετέχουν στη σύνθεση, τη μεταφορά, τον μεταβολισμό και την απέκκριση των τριγλυκεριδίων. Αυτή η ενεργοποίηση της HSL στον W.A.T. και των ηπατικών παραγόντων, που συμμετέχουν στην ομοιοστασία των λιπιδίων, είναι πιθανόν να ενισχύει την επαγόμενη από την Ελευρωπαΐνη μείωση των επιπέδων των τριγλυκεριδίων και της χοληστερόλης στον ορό. Συνοψίζοντας, φαίνεται ότι η Ελευρωπαΐνη μειώνει τα τριγλυκερίδια και την ολική χοληστερόλη του ορού σε μύες μέσω ενεργοποίησης του PPARα. Τα δεδομένα αυτής της μελέτης δείχνουν επίσης, ότι στην υπολιπιδαιμική δράση της Ελευρωπαΐνης συμμετέχει και η ενεργοποίηση της HSL στο λευκό λιπώδη ιστό καθώς και η επαγωγή ηπατικών γονιδίων, που διαδραματίζουν βασικό ρόλο την ομοιοστασία των τριγλυκεριδίων, δηλαδή τη σύνθεση, την μεταφορά, τον μεταβολισμό και την κάθαρσή τους. Συμπερασματικά, η μελέτη έδειξε τις υπολιπιδαιμικές δυνατότητες της Ελευρωπαΐνης σε μύες και αποσαφήνισε σε σημαντικό βαθμό τους μηχανισμούς της υπολιπιδαιμικής δράσης της, φωτίζοντας κυρίως τον ρόλο του PPARα. Επειδή η διατήρηση της ομοιοστασίας των λιπιδίων είναι μια πολύπλοκη διαδικασία, που ρυθμίζεται από πολλούς παράγοντες, πιστεύουμε ότι πιθανώς εμπλέκονται και άλλοι μηχανισμοί στην δράση της Ελευρωπαΐνης, η διερεύνηση των οποίων είναι αντικείμενο μελλοντικών μελετών.