Antilipogenic mechanism of conjugated linoleic acid in yeast

Abstract

Conjugated linoleic acid (CLA) is a mixture of linoleic acid isomers having two double bonds in conjugated position. Beneficial health effects of CLA are unique: inhibition of fat accumulation and atherosclerosis, prevention of carcinogenesis, exhibition of anti-inflammatory properties and protection from diabetes. Synthetic CLA supplements are marketed for weight-loss purposes. However, concerns of safety of CLA have emerged, because the exact antilipogenic mechanism could not been clarified despite the active research with mammalian cells in vivo and in vitro. In this thesis the potential of yeast Saccharomyces cerevisiae as a model organism for elucidating the mechanism was examined.

The trans-10,cis-12 isomer, which is recognized to be responsible of the antilipogenic effect in mammals, reduced yeast triacylglycerol content when supplemented in the cultivation medium. In contrast, the cis-9,trans-11 isomer induced high triacylglycerol accumulation. Both isomers were incorporated in the yeast phospholipids and triacylglycerols and were present in minor amounts also as free fatty acids. In triacylglycerols the CLA isomers were enriched in sn-1 and sn-3 positions.

In yeast, two important mechanisms for the reduced triacylglycerol content by the trans-10,cis-12 CLA emerged. After the diauxic shift the CLA treated cells used efficiently the fatty acids from the cultivation medium and triacylglycerols as carbon source to produce more biomass resulting in the lowered triacylglycerol content. Also cis-9,trans-11 CLA induced this effect. Another mechanism specific for the trans-10,cis-12 CLA was the significant inhibition of monounsaturated fatty acid accumulation. The isomer was suspected to have direct effect on the membrane bound Δ9 desaturase, because the transcription of the enzyme was not affected by the trans-10,cis-12 CLA supplementation. In contrast, the cis-9,trans-11 isomer reduced the transcription of the enzyme, but its effect on monounsaturated fatty acid content was not that remarkable and rather typical for cis-9 unsaturated fatty acids. The transcriptional inhibition of the enzymes catalyzing DAG esterification was not induced by CLA in yeast. Are2p, the enzyme catalyzing sterol ester synthesis in yeast, showed elevated transcription by the trans-10,cis-12 CLA supplementation.

On the basis of these results, yeast was proven to serve as an excellent model for CLA research. Especially the impact of CLA on membrane associated processes are encouraged to study further by using yeast as a tool.

Konjugoitu linolihappo (CLA) on seos linolihapon isomeerejä, joissa kaksi kaksoissidosta ovat toisiinsa nähden konjugoidussa asemassa. CLA:lla on osoitettu olevan nisäkkäiden rasvan kertymistä ehkäisevä vaikutus. Synteettistä CLA:a markkinoidaan laihdutusvalmisteena, vaikka sen turvallisuudesta terveydelle ei ole täyttä varmuutta, koska rasvan kertymistä vähentävän vaikutuksen mekanismia ei ole pystytty selvittämään nisäkässoluissa. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, voitaisiinko leivinhiivaa (Saccharomyces cerevisiae), käyttää malliorganismina vaikutusmekanismin selvittämiseksi. CLA:n trans-10,cis-12 isomeeri, jonka on nisäkästutkimuksissa osoitettu aiheuttavan rasvan kertymisen estämisen, vähensi merkittävästi myös hiivan varastorasvan (triasyyliglyserolien) kertymistä. Cis-9,trans-11 isomeeri puolestaan aiheutti runsaan triasyyliglyserolimäärän kertymisen. Molemmat isomeerit liittyivät osaksi hiivan rasvahappoja triasyyliglyseroleissa ja fosfolipideissä, sekä niitä esiintyi pieninä määrinä myös vapaina rasvahappoina. Triasyyli-glyseroleissa CLA isomeerit esteröitiin mieluiten sn-1 tai sn-3-asemaan. Hiivasolussa havaittiin olevan kaksi rasvapitoisuuden vähenemisen aiheuttavaa mekanismia. Toisessa mekanismissa molemmat CLA isomeerit indusoivat triasyyliglyserolien hajoamisen, kun glukoosi loppui kasvualustasta ja hiiva alkoi käyttää vaihtoehtoisia substraatteja. Kun CLA:a oli läsnä, hiiva käytti sekä kasvualustan rasvahappoja sekä varastorasvojaan tehokkaammin biomassan kasvattamiseksi. Tämä johti triasyyliglyserolipitoisuuden pienenemiseen. Toinen mekanismi, joka oli trans-10,cis-12 isomeerille ominainen, oli monotyydyttymättömien rasvahappojen kertymisen merkittävä vähentäminen. Isomeerin pääteltiin vaikuttavan suoraan kalvoon sitoutuneen entsyymiproteiinin aktiivisuuteen, koska entsyymin transkriptioon sillä ei ollut vaikutusta. Cis-9,trans-11 isomeeri puolestaan vähensi transkriptiota, mutta monotyydyttymättömien rasvahappojen määrä ei vähentynyt yhtä merkittävästi kuin trans-10,cis-12 isomeerin vaikutuksesta, ja cis-9,trans-11 isomeerin pääteltiin estävän entsyymin ilmenemisen samoin kuin muutkin cis-9 kaksoissidoksen sisältävät rasvahapot. Diasyyliglyserolien esteröintiä katalysoivien entsyymien transkriptiota CLA-isomeerit eivät vähentäneet, mutta trans-10,cis-12 isomeeri indusoi voimakkaasti Are2-entsyymin (sterolien esteröintiä katalysoiva entsyymi) transkriptiota. Näiden tulosten perusteella leivinhiivan osoitettiin olevan erinomainen organismi CLA-tutkimuksille. Erityisesti kannustetaan tutkimuksiin, joissa selvitetään, kuinka CLA:n vaikuttaa solukalvostoissa tapahtuviin prosesseihin.