Dwie twarze cholesterolu: znaczenie fizjologiczne i udział w patogenezie wybranych schorzeń

• Authors: Maria Użarowska , Magdalena Surman , Marcelina Janik

Title variants

EN

Two faces of cholesterol: physiological importance and role in disease pathogenesis

• Languages of publication: PL EN

Abstracts

PL

Cholesterol to cząsteczka zbudowana z 17-węglowej struktury cyklopentanoperhydrofenantrenu i dołączonego do niej 6-węglowego łańcucha bocznego, klasyfikowana jako alkohol steroidowy ze względu na obecność pojedynczej grupy hydroksylowej. Główną funkcją cholesterolu jest zależna od temperatury modulacja płynności błon komórkowych. Duża ilość cholesterolu występuje w nanodomenach błonowych (tratwach lipidowych i kaweolach), które pełnią ważną rolę w procesie endocytozy i przekaźnictwie międzykomórkowym. Ponadto, jest on prekursorem hormonów steroidowych produkowanych przez gonady i korę nadnerczy oraz warunkuje właściwy przebieg rozwoju embrionalnego. Poza pełnieniem istotnej roli fizjologicznej, cholesterol może przyczyniać się do rozwoju wielu stanów patologicznych, wynikających zarówno z nagromadzenia jego cząsteczek w ustroju, jak i zaburzeń ich metabolizmu. Jego udział opisano m.in. w rozwoju schorzeń neurodegeneracyjnych, chorób układu krążenia, chorób nerek oraz chorób nowotworowych. Obecnie prowadzone badania zmierzają do opracowania nowych strategii terapeutycznych, pozwalających na skuteczniejszą i bezpieczniejszą kontrolę poziomu cholesterolu i regulację jego metabolizmu, oraz mających na celu wykorzystanie cholesterolu jako składnika nowych, skuteczniejszych leków.

EN

Cholesterol is a molecule build of 17-carbon cyclopentano-perhydro-phenanthrene structure and 6- carbon side chain, classified as steroid alcohol due to the presence of a single hydroxyl group. The main function of cholesterol is temperature-dependent modulation of cell membrane liquidity. Large amounts of cholesterol are found in membrane nanodomains (lipid rafts and caveolae) that are essential for endocytosis and intercellular signaling. Moreover, cholesterol is a substrate in steroid hormones biosynthesis in gonads and adrenal glands, and determines the proper course of embryonic development. Besides its physiological role, cholesterol may contribute to pathogenesis of different diseases, resulting from its accumulation in the system or from metabolic disorders. The significance of cholesterol has already been described in several neurodegenerative disorders, cardiovascular and renal diseases, and in cancer. Therefore, current research focus on providing some new therapeutic strategies, allowing for cholesterol level control, regulation of its metabolism, or for using cholesterol molecules as effective drug component.

Keywords

PL

cholesterol; choroby nerek; choroby neurodegeneracyjne; choroby związane z układem krążenia; lipoproteiny; nowotwory

EN

cancer; cardiovascular diseases; cholesterol; chronic kidney disease; lipoproteins; neurodegenerative diseases

• Journal: Kosmos
• Year: 2018
• Volume: 67
• Issue: 2
• Pages: 375-390

Dates

published

2018

Contributors

author

Maria Użarowska

• Zakład Biochemii Glikokoniugatów, Instytut Zoologii i Badań Biomedycznych, Wydział Biologii, Uniwersytet Jagielloński w Krakowie, Gronostajowa 9, 30-387 Kraków, Polska
• Department of Glycoconjugate Biochemistry, Institute of Zoology and Biomedical Research, Faculty of Biology, Jagiellonian University in Kraków, 9 Gronostajowa Str., 30-387 Kraków, Poland

author

Magdalena Surman

• Zakład Biochemii Glikokoniugatów, Instytut Zoologii i Badań Biomedycznych, Wydział Biologii, Uniwersytet Jagielloński w Krakowie, Gronostajowa 9, 30-387 Kraków, Polska
• Department of Glycoconjugate Biochemistry, Institute of Zoology and Biomedical Research, Faculty of Biology, Jagiellonian University in Kraków, 9 Gronostajowa Str., 30-387 Kraków, Poland

author

Marcelina Janik

• Zakład Biochemii Glikokoniugatów, Instytut Zoologii i Badań Biomedycznych, Wydział Biologii, Uniwersytet Jagielloński w Krakowie, Gronostajowa 9, 30-387 Kraków, Polska
• Department of Glycoconjugate Biochemistry, Institute of Zoology and Biomedical Research, Faculty of Biology, Jagiellonian University in Kraków, 9 Gronostajowa Str., 30-387 Kraków, Poland

References

• Anderson J. L., Gautier T., Nijstad N., Tölle M., Schuchardt M., van der Giet M., Tietge U. J., 2016. High density lipoprotein (HDL) particles from end-stage renal disease patients are defective in promoting reverse cholesterol transport. Sci. Rep. 7, 41481.
• Baardman M. E., Kerstjens-Frederikse W. S., Berger R. M., Bakker M. K., Hofstra R. M., Plösch T., 2013. The role of maternal-fetal cholesterol transport in early fetal life: current insights. Biol. Reprod. 88, 1-9.
• Baek A. E., Nelson E. R., 2016. The contribution of cholesterol and its metabolites to the pathophysiology of breast cancer. Horm. Cancer. 7, 219-228.
• Bhatt A., Rohatgi A., 2016. HDL cholesterol efflux capacity: cardiovascular risk factor and potential therapeutic target. Curr. Atheroscler. Rep. 18, 1-8.
• Blom T., Somerharju P., Ikonen E., 2011. Synthesis and biosynthetic trafficking of membrane lipids. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 3, 1-17.
• Butterfield D. A., Barone E., Mancuso C., 2011. Cholesterol-independent neuroprotective and neurotoxic activities of statins: perspectives for statin use in Alzheimer disease and other age-related neurodegenerative disorders. Pharmacol. Res. 64, 180-186.
• Cañueto J., Girós M., González-Sarmiento R., 2014. The role of the abnormalities in the distal pathway of cholesterol biosynthesis in the Conradi-Hünermann-Happle syndrome. Biochim. Biophys. Acta 1841, 336-344.
• Cooper M. K., Wassif C. A., Krakowiak P. A., Taipale J., Gong R., Kelley R. I., Porter F. D., Beachy P. A., 2003. A defective response to Hedgehog signaling in disorders of cholesterol biosynthesis. Nat. Genet 33, 508-513.
• De Meyer F., Smit B., 2009. Effect of cholesterol on the structure of a phospholipid bilayer. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 3654-3658.
• Di Vizio D., Solomon K. R., Freeman M. R., 2008. Cholesterol and cholesterol-rich membranes in prostate cancer: an update. Tumori 94, 633-639.
• Doria M., Maugest L., Moreau T., Lizard G., Vejux A., 2016. Contribution of cholesterol and oxysterols to the pathophysiology of Parkinson's disease. Free Radic. Biol. Med. 101, 393-400.
• Drzewińska J., Pułaski L., Soszyński M., Bartosz G., 2009. Seladyna 1/DHCR24: główne białko homeostazy komórkowej i biosyntezy cholesterolu. Post. Hig. Med. Dosw. 63, 318-330.
• Durrington P. N., 2007. Lipoproteins and their metabolism. [W:] Hyperlipidaemia. diagnosis and management. Durrington P. N. (red.). Hodder Arnold, London, 19-65.
• Elshourbagy N. A., Meyers H. V., Abdel-Meguid S. S., 2014. Cholesterol: the good, the bad, and the ugly - therapeutic targets for the treatment of dyslipidemia. Med. Princ. Pract. 23, 99-111.
• Fedoryszak-Kuśka N., Panasiewicz M., Pacuszka T., 2011. Tratwy lipidowe - obserwacje i wątpliwości. Post. Biol. Kom. 38, 313-332.
• Freeman M. R., Cinar B., Kim J., Mukhopadhyay N. K., Di Vizio D., Adam R. M., Solomon K. R., 2007. Transit of hormonal and EGF receptor-dependent signals through cholesterol-rich membranes. Steroids 72, 210-217.
• Gargiulo R., Suhail F., Lerma E. V., 2016. Cardiovascular disease and chronic kidney disease. Dis. Mon. 61, 403-413.
• Gburek J., Gołąb K., Konopska B., 2015. Endocytoza niezależna od klatryny - rola w patomechanizmie chorób i aspekty farmaceutyczne. Post. Hig. Med. Dośw. 69, 763-776.
• Goździkiewicz I., Gniot-Szulżycka J., 2004. Mechanizm konwersji cholesterolu do pregenolonu udziłem mitochondrialnego kompleksu desmolazy. Kosmos 53, 133-145.
• Grouleff J., Irudayam S. J., Skeby K. K., Schiøtt B., 2015. The influence of cholesterol on membrane protein structure, function, and dynamics studied by molecular dynamics simulations. Biochim. Biophys. Acta 1848, 1783-1795.
• Guy J., Hendrich B., Holmes M., Martin J. E., Bird A., 2001. A mouse Mecp2-null mutation causes neurological symptoms that mimic Rett syndrome. Nat. Genet. 27, 322-326.
• Haynes R., Lewis D., Emberson J., Reith C., Agodoa L., Cass A., Craig J. C., de Zeeuw D., Feldt-Rasmussen B., Fellstrom B., Levin A., Wheeler D. C., Walker R., Herrington W. G., Baigent C., Landray M. J., 2014. Effects of lowering LDL cholesterol on progression of kidney disease. Clin. Epidemiol. 25, 1822-1833.
• Head B. P., Patel H. H., Insel P. A., 2014. Interaction of membrane/lipid rafts with the cytoskeleton: impact on signaling and function: membrane/lipid rafts, mediators of cytoskeletal arrangement and cell signaling. Biochim. Biophys. Acta 1838, 532-545. Hebanowska A., 2010. Biosynteza kwasów żółciowych i ich jej regulacja. Post. Hig. Med. Dośw. 65, 544-554.
• Honda H., Hirano T., Ueda M., Kojima S., Mashiba S., Yasuyuki H., Michihata T., Shibata T., 2016. High-density lipoprotein subfractions and their oxidized subfraction particles in patients with chronic kidney disease. J. Atheroscler. Thromb. 23, 81-94.
• Huang H., Cruz W., Chen J., Zheng G., 2015. Learning from biology: synthetic lipoproteins for drug delivery. Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomed. Nanobiotechnol. 7, 298-314.
• Kania E., Pająk B., Gajkowska B., Orzechowski A., 2012. Tratwy lipidowe w chorobie Alzheimer'a. Post. Bioch. 58, 209-216.
• Kon V., Yang H., Fazio S., 2015. Residual cardiovascular risk in chronic kidney disease: role of high-density lipoprotein. Arch. Med. Res. 46, 379-391.
• Konturek S., 2007. Układ trawienny. [W:] Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej. Traczyk W.Z., Trzebski A., Godlewski A. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 798.
• Kordowiak A. M, Kordowiak S., 2011. Tratwy lipidowe - mikrodomeny błon biologicznych. Post. Biol. Kom. 38, 231-245.
• Kovtun O., Tillu V. A., Ariotti N., Parton R. G., Collins B. M., 2015. Cavin family proteins and the assembly of caveolae. J. Cell Sci. 128, 1269-1278.
• Kowalski A., Krikorian A., Lerma E. V., 2015. Dyslipidemia in chronic kidney disease. Dis. Mon. 61, 396-402.
• Kraemer F. B., Khor V. K., Shen W. J., Azhar S., 2013. Cholesterol ester droplets and steroidogenesis. Mol. Cell. Endocrinol. 22, 3715-3719.
• Kucharska E., 2014. Miażdżyca tętnic-wybrane aspekty. Przegl. Lek. 7, 400-402.
• Kwiatkowska K., Sobota A., 2004. Mikrodomeny błony komórkowej miejscem zapoczątkowania szlaków sygnałowych przez immunoreceptory. Kosmos 53, 113-122.
• Martin M. G., Pfrieger F., Dotti C. G., 2014. Cholesterol in brain disease: sometimes determinant and frequently implicated. EMBO Rep. 15, 1036-1052.
• Massy Z. A., De Zeeuw D., 2013. LDL cholesterol in CKD-treat or not to treat. Kidney Int. 84, 451-456.
• Maulik M., Westaway D., Jhamandas J. H., Kar S., 2013. Role of cholesterol in APP metabolism and its significance in Alzheimer's disease pathogenesis. Mol. Neurobiol. 47, 37-63.
• Mesmin B., Maxfield F. R., 2009. Intracellular sterol dynamics. Biochim. Biophys. Acta 1791, 636-645.
• Miller W. L., 2013. Steroid hormone synthesis in mitochondria. Mol. Cell. Endocrinol. 379, 62-73.
• Miller W. L., Auchus R. J., 2011. The molecular biology, biochemistry, and physiology of human steroidogenesis and its disorders. Endocrinol. Rev. 32, 81-151.
• Miller W. L., Bose H. S., 2011. Early steps in steroidogenesis: intracellular cholesterol trafficking. J. Lipid Res. 52, 2111-2135.
• Murai T., 2012. The role of lipid rafts in cancer cell adhesion and migration. Int. J. Cell Biol. 2012, 763283.
• Murai T., 2015. Cholesterol lowering: role in cancer prevention and treatment. Biol. Chem. 396, 1-11.
• Paila Y. D., Chattopadhyay A., 2010. Membrane cholesterol in the function and organization of G-protein coupled receptors. Subcell. Biochem. 51, 439-466.
• Pasierski T., Gaciong Z., 2004. Rozwój i regresja miażdżycy. [W:] Angiologia. Pasierski T, Gaciong Z., Torbicki A. (red.). Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 50-58.
• Pelton K., Freeman M. R., Solomon K. R., 2012. Cholesterol and prostate cancer. Curr. Opin. Pharmacol. 12, 751-759.
• Peri A., 2016. Neuroprotective effects of estrogens: the role of cholesterol. J. Endocrinol. Invest. 39, 11-18.
• Pessi A., 2015. Cholesterol-conjugated peptide antivirals: a path to a rapid response to emerging viral diseases. J. Pept. Sci. 21, 379-86.
• Peters S. A., Singhateh Y., Mackay D., Huxley R. R., Woodward M., 2016. Total cholesterol as a risk factor for coronary heart disease and stroke in women compared with men: A systematic review and meta-analysis. Atherosclerosis 248, 123-131.
• Poirier J., Miron J., Picard C., Gormley P., Théroux L., Breitner J., Dea D., 2014. Apolipoprotein E and lipid homeostasis in the etiology and treatment of sporadic Alzheimer's disease. Neurobiol. Aging. 35, 3-10.
• Przybyło M., Janik M. E., Szajda S. D., Minarowski Ł., Waszkiewicz N., Hoja-Łukowicz D., 2016. Promieniowanie ultrafioletowe: O co tyle hałasu? [W:] Zapobieganie chorobom nowotworowym. Szajda S. D., Waszkiewcz N., Zwierz K., Ładny J. R. (red.). Wyższa Szkoła Zawodowa Ochrony Zdrowia Towarzystwa Wiedzy Powszechnej w Łomży, Łomża, 40-67.
• Ribas V., García-Ruiz C., Fernández-Checa J. C., 2016. Mitochondria, cholesterol and cancer cell metabolism. Clin. Transl. Med. 5, 22.
• Rystwej-Niedźwiedzka P., Mękal A., Deptuła W., 2010. Komórki układu odpornościowego w miażdżycy-wybrane dane. Post. Hig. Med. Dośw. 64, 417-422.
• Sebastiao A. M., Colino-Olivieira M., Assaife-Lopes N., Dias R. B., Ribeiro J. A., 2012. Lipid rafts, synaptic transmission and plasticity: Impact in age-related neurodegenerative diseases. Neuropharmacology 64, 97-107.
• Seeger M. A., Paller A. S., 2014. The role of abnormalities in the distal pathway of cholesterol synthesis in the Congenital Hemidysplasia with Ichthyosiform erythroderma and Limb Defects (CHILD) syndrome. Biochim. Biophys. Acta 1841, 345-352.
• Sengupta D., Chattopadhyay A., 2015. Molecular dynamics simulations of GPCR-cholesterol interaction: An emerging paradigm. Biochim. Biophys. Acta 1848, 1775-1782.
• Simons K., Sampaio J. L.,2011. Membrane organization and lipid rafts. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 3, 1-18.
• Skoczyńska A., 2005. Rola lipidów w powstawaniu miażdżycy. Post. Hig. Med. Dośw. 59, 346-357.
• Song Y., Kenworthy A. K., Sanders C. R., 2014. Cholesterol as a co-solvent and a ligand for membrane proteins. Prot.Sci. 23, 1-22.
• Stryer L., 2003. Biosynteza elementów budulcowych. [W:] Biochemia. Augustyniak J., Michejda J. (red.). Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 738-754.
• Sun J. H., Yu J. T., Tan L., 2015. The role of cholesterol metabolism in Alzheimer's disease. Mol. Neurobiol. 51, 947-965.
• Thurm A., Tierney E., Farmer C., Albert P., Joseph L., Swedo S., Bianconi S., Bukelis I., Wheeler C., Sarphare G., Lanham D., Wassi C. A., Porter F. D., 2016. Development, behavior and biomarker characterization of Smith-Lemli-Opitz syndrome: an update. J. Neurodev. Disord. 8, 1-10.
• Turgeon R. D., Barry A. R., Pearson G. J., 2016. Familial hypercholesterolemia. Review of diagnosis, screening, and treatment. Can. Fam. Physician.62, 32-37.
• Urbanowicz R. A., Lacek K., Lahm A., Bienkowska-Szewczyk K., Ball J. K., Nicosia A., Cortese R., Pessi A., 2015. Cholesterol conjugation potentiates the antiviral activity of an HIV immunoadhesin. J. Pept. Sci. 21, 743-749.
• Vance J. E., Karten B., 2014. Niemann-Pick C disease and mobilization of lysosomal cholesterol by cyclodextrin. J. Lipid Res. 55, 1609-1621.
• Vaziri N. D., Norris K., 2011. Lipid disorders and their relevance to outcomes in chronic kidney disease. Blood Purif. 31, 189-196.
• WOLOZIN B., 2004. Cholesterol and the Biology of Alzheimer's Disease. Neuron 41, 7-10.
• Xue-Shan Z., Peng J., Qi W., Zhong R., Li-hong P., Zhi-han T., Zhi-sheng J., Gui-xue W., Lu-Shan L., 2016. Imbalanced cholesterol metabolism in Alzheimer's disease. Clin. Chim. Acta 456, 107-114.
• Yan G., Li L., Zhu B., Li Y., 2016. Lipidome in colorectal cancer. Oncotarget 7, 33429-33439.
• Zawiślak B., Marchlewicz M., Świder-Al-Amawi M., Wenda-Różewicka L., Wiszniewska B., 2010. Skóra i jej udział w syntezie hormonów steroidowych. Post. Biol. Kom. 37, 783-793.
• Zuwała-Jagiełło J., 2004. Rola kaweoli śródbłonka w endocytozie późnych produktów glikacji. Post. Bioch. 50, 272-281.