Investigating the effects of lysosomal acid lipase deficiency on autophagy and cell death

Lysosomale saure Lipase (LAL) spielt eine wichtige Rolle bei der Hydrolyse von Cholesterinestern (CE) und Triglyzeriden (TG) in Lysosomen zu freien Fettsäuren, freiem Cholesterin (FC), Monoglyzeriden (MG) und Diglyzeriden (DG). Lipidabbau ist für Energieerzeugung und Versorgung von physiologischen Funktionen essentiell. Daher führt der Verlust der LAL-Aktivität in Mäusen und Menschen zu Akkumulierung von neutralen Lipiden in verschiedenen Organen, am auffälligsten in der Leber. Mutationen im menschlichen lal Gen verursachen eine seltene und tödliche Lipidspeichererkrankung bei Neugeborenen, genannt Wolman-Krankheit, bei späterem Auftreten Cholesterinester Speicherkrankheit (CESD).Für die Untersuchung von Lal-defizienten (-/-) Mäusen wurden Makrophagen als Versuchsmodell für den Fettstoffwechsel herangezogen. In Makrophagen ohne Fett-Triglyzerid-Lipase (ATGL) führt eine TG Akkumulierung zu Apoptose. Es wird vermutet, dass Autophagie am Abbau von neutralen Lipiden beteiligt ist. Daher wurden Lipidparameter und Marker des programmierten Zelltodes und Autophagie in Lal-/- Makrophagen sowie Herz und Leber analysiert.Spezifische pro- und anti-Apoptosemarker zeigten, dass Lal-/- Makrophagen nicht zu Apoptose neigen. Autophagiemarker sowie elektronenmikroskopische Aufnahmen offenbarten, dass Autophagie in Lal-/- Makrophagen induziert ist. Außerdem wurde effektiver Autophagiefluss in Lal-/- Makrophagen nachgewiesen.Untersuchungen am Lal-/- Herz mit nicht auftretender Lipidansammlung und der Leber mit TG und CE Akkumulierung zeigten keine Induktion von Apoptose oder Autophagie.Zusammenfassend sind Makrophagen ohne LAL-Aktivität unfähig neutrale Lipide zu spalten. Um den Energieverlust, der durch fehlende Bausteine für ?-Oxidation und Zitratzyklus entsteht zu kompensieren, wird Autophagie induziert. Außerdem kann anhand der Leber-Daten geschlossen werden, dass Lipidakkumulierung an sich nicht der Grund für das Einleiten von Autophagie ist.Lysosomal acid lipase (LAL) plays an important role in hydrolysis of cholesterol esters (CE) and triglycerides (TG) within lysosomes to generate free fatty acids (FFA), free cholesterol (FC), monoglycerides (MG), and diglycerides (DG). Degradation of lipids is essential for energy production and for maintaining physiological functions. Thus, impairment in LAL function in mice and humans leads to accumulation of neutral lipids in various organs with the most striking phenotype observed in the liver. Mutations in human lal gene causes a rare but highly mortal lipid storage disorder for newborns called the Wolman Disease with a later onset called Cholesterol Ester Storage Disease (CESD).Macrophages as model for lipid metabolism were taken for studying LAL deficiency in mice. In adipose triglyceride lipase- deficient (ATGL-/-) macrophages TG accumulation leads to apoptosis. In addition, autophagy was suggested to be involved in degradation of neutral lipid stores. Therefore, lipid levels and markers of programmed cell death and autophagy were analyzed in Lal-/- macrophages as well as heart and liver.Specific pro- and anti-apoptotic markers showed that Lal-/- macrophages do not undergo apoptosis. Autophagy markers as well as visual inspection of electron microscopy images revealed induced autophagy in Lal-/- macrophages. Moreover, effective autophagy flux in Lal-/- macrophages was demonstrated.Further investigations of Lal-/- heart, in which lipid accumulation does not occur, and liver, in which accumulation of TG and CE takes place, revealed no induction of apoptosis or autophagy.In conclusion, macrophages lacking LAL, which are unable to efficiently cleave neutral lipids, trigger autophagy to compensate for the resulting energy loss by missing compounds for ?-oxidation and citric acid cycle. Nevertheless, according to liver data we conclude that lipid accumulation per se is not the reason for the initiation of autophagy.eingereicht von Martin WegscheiderAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in dt. und engl. SpracheGraz, Univ., Masterarb., 2013(VLID)22654