Ioanna Korovila

• Scope: Several studies show that excessive lipid intake can cause hepatic steatosis. To investigate lipotoxicity on cellular level, palmitate (PA) is often used to highly increase lipid droplets (LDs). One way to remove LDs is autophagy, while it is controversially discussed if autophagy is also affected by PA. It is aimed to investigate whether PA-induced LD accumulation can impair autophagy and punicalagin, a natural autophagy inducer from pomegranate, can improve it. Methods and results: To verify the role of autophagy in LD degradation, HepG2 cells are treated with PA and analyzed for LD and perilipin 2 content in presence of autophagy inducer Torin 1 and inhibitor 3-Methyladenine. PA alone seems to initially induce autophagy-related proteins but impairs autophagic-flux in a time-dependent manner, considering 6 and 24 h PA. To examine whether punicalagin can prevent autophagy impairment, cells are cotreated for 24 h with PA and punicalagin. Results show that punicalagin preserves expression of autophagy-related proteins andScope: Several studies show that excessive lipid intake can cause hepatic steatosis. To investigate lipotoxicity on cellular level, palmitate (PA) is often used to highly increase lipid droplets (LDs). One way to remove LDs is autophagy, while it is controversially discussed if autophagy is also affected by PA. It is aimed to investigate whether PA-induced LD accumulation can impair autophagy and punicalagin, a natural autophagy inducer from pomegranate, can improve it. Methods and results: To verify the role of autophagy in LD degradation, HepG2 cells are treated with PA and analyzed for LD and perilipin 2 content in presence of autophagy inducer Torin 1 and inhibitor 3-Methyladenine. PA alone seems to initially induce autophagy-related proteins but impairs autophagic-flux in a time-dependent manner, considering 6 and 24 h PA. To examine whether punicalagin can prevent autophagy impairment, cells are cotreated for 24 h with PA and punicalagin. Results show that punicalagin preserves expression of autophagy-related proteins and autophagic flux, while simultaneously decreasing LDs and perilipin 2. Conclusion: Data provide new insights into the role of PA-induced excessive LD content on autophagy and suggest autophagy-inducing properties of punicalagin, indicating that punicalagin can be a health-beneficial compound for future research on lipotoxicity in liver.…
• Lebersteatose entsteht durch eine übermäßige Zufuhr von Nahrungslipiden und ist durch eine chronische Ansammlung von Lipidtröpfchen (LD) in der Leber gekennzeichnet, die wiederum zu einer hepatozellulären Dysfunktion führen. Dieser pathogene Zustand ist ein grundlegendes Merkmal der nichtalkoholischen Fettleber (NAFLD) und ein Risikofaktor für viele weit verbreitete Stoffwechselerkrankungen, einschließlich Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes. Abgesehen von der Menge der aufgenommenen Nahrungsfette wird die Entwicklung der Lebersteatose auch stark von der Art der Fettsäure beeinflusst. Palmitat (PA) ist die am häufigsten vorkommende gesättigte Fettsäure und spielt eine bedeutende Rolle bei der Pathogenese der Lebersteatose. Sie wird häufig verwendet, um Lipotoxizität zu induzieren und die Entwicklung von LDs auf zellulärer Ebene zu untersuchen. Die beiden wichtigsten intrazellulären proteolytischen Systeme, das Ubiquitin-Proteasom-System und das Autophagie-Lysosom-System, sind am LD-Abbau beteiligt und kontrollieren das Gleichgewicht derLebersteatose entsteht durch eine übermäßige Zufuhr von Nahrungslipiden und ist durch eine chronische Ansammlung von Lipidtröpfchen (LD) in der Leber gekennzeichnet, die wiederum zu einer hepatozellulären Dysfunktion führen. Dieser pathogene Zustand ist ein grundlegendes Merkmal der nichtalkoholischen Fettleber (NAFLD) und ein Risikofaktor für viele weit verbreitete Stoffwechselerkrankungen, einschließlich Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes. Abgesehen von der Menge der aufgenommenen Nahrungsfette wird die Entwicklung der Lebersteatose auch stark von der Art der Fettsäure beeinflusst. Palmitat (PA) ist die am häufigsten vorkommende gesättigte Fettsäure und spielt eine bedeutende Rolle bei der Pathogenese der Lebersteatose. Sie wird häufig verwendet, um Lipotoxizität zu induzieren und die Entwicklung von LDs auf zellulärer Ebene zu untersuchen. Die beiden wichtigsten intrazellulären proteolytischen Systeme, das Ubiquitin-Proteasom-System und das Autophagie-Lysosom-System, sind am LD-Abbau beteiligt und kontrollieren das Gleichgewicht der Lipidhomöostase. Der Einfluss der Lipotoxizität auf ihre Funktion ist jedoch noch umstritten. Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist es zu untersuchen, ob eine erhöhte LD-Akkumulation die Funktion der proteolytischen Systeme beeinträchtigt und ob die Effekte durch Kontrolle ihrer Aktivität umgekehrt werden können. In-vivo Untersuchungen an New Zealand Obese (NZO) Mäusen, einem polygenen Modell für Fettleibigkeit, zeigten, dass eine fettreiche Ernährung eine Akkumulation von LDs und hepatozelluläre Schäden verursacht. Diese Effekte wurden von einem Verlust der Autophagieeffizienz und einer verminderten Expression der Proteasomaler Untereinheiten begleitet. Ähnliche Effekte wurden in vitro in PA-beladenen HepG2-Zellen beobachtet. PA induziert LD-Akkumulation und verändert den Redoxstatus in Mitochondrien und im Endoplasmatische Retikulum (ER). Zusätzlich beeinflusst PA die Funktion beider proteolytischer Systeme (proteasomal und lysosomal) zeitabhängig nach 6- und 24-stündiger Behandlung. Um die Rolle des Proteasome und der Autophagie beim LD-Abbau unter PAinduzierten lipotoxischen Bedingungen zu untersuchen, wurden beide Systeme inhibiert oder induziert und die Veränderungen des LD-Gehalts analysiert. Dazu wurden die HepG2 Zellen wurden mit PA in Gegenwart des Autophagie-Aktivators Torin 1, des Autophagie-Inhibitors 3-Methyladenin, des Proteasom-Aktivators Ursolsäure und des Proteasom-Inhibitors Lactacystin behandelt. Die erhaltenen Daten aus unseren Modellen belegen, dass vorrangig Autophagie am Abbau der LDs beteiligt ist. Die PA-vermittelte Lipidakkumulation könnte auf ein Versagen der Autophagie hinweisen und zu einer Störung der Proteostase sowie einer weiteren LD-Stabilisierung und Anreicherung beitragen. Experimente mit dem natürlichen Autophagie-Aktivator Punicalagin weisen darauf hin, dass die PA-vermittelten lipotoxischen Wirkungen reduziert werden können. Insbesondere zeigen die Ergebnisse, dass Punicalagin die Expression von Autophagie-Proteinen erhält und durch PA-beeinträchtigten autophagischen Fluss wiederherstellt. Parallel dazu wird der durch PA-induzierte Gehalt an LD durch Punicalagin verringert. Zusammenfassend, liefern die Daten dieser Dissertation neue Einblicke in die Rolle des Proteasoms und des Autophagie-Lysosomalen Systems bei der PA-induzierten Lipotoxizität. Zudem werden die Autophagie-induzierenden Eigenschaften von Punicalagin aufgezeigt, die einen vielversprechenden Ansatz für die zukünftige Forschung zur hepatischen Lipotoxizität bieten.…