Biosinteza cardiolipinei afectată previne steatoza hepatică și diabetul obezității induse de dietă

Acest articol are o corecție. Te rog vezi:

Abstract

Mitocondriile sunt legătura dintre metabolismul energetic și, în consecință, disfuncția lor a fost implicată în dezvoltarea complicațiilor metabolice și progresia către rezistența la insulină și diabetul de tip 2. Cardiolipina unică tetra-acil fosfolipidă (CL) este localizată în membrana mitocondrială internă, unde menține integritatea mitocondrială. Aici arătăm că eliminarea Tafazzin (TAZ kd), o transacilază CL, la șoareci are drept rezultat protecția împotriva dezvoltării obezității, a rezistenței la insulină și a steatozei hepatice. Am stabilit că hipermetabolismul a protejat șoarecii TAZ kd de creșterea în greutate. În mod neașteptat, reducerea mare a CL în inima și mușchiul scheletal al șoarecilor TAZ kd nu a fost reflectată în ficat. Ca rezultat, șoarecii TAZ kd au prezentat formare supercomplexă mitocondrială hepatică normală și oxidare crescută a acidului gras hepatic. Colectiv, aceste studii identifică un rol cheie pentru remodelarea hepatică CL în reglarea susceptibilității la rezistența la insulină și ca o țintă terapeutică nouă pentru obezitatea indusă de dietă.

previne

Introducere

Obezitatea este acum o pandemie, prognozele a peste 1 miliard de adulți la nivel mondial fiind obezi până în 2030 (1) și costuri directe de peste 100 de miliarde de dolari/an în S.U.A. singur (2). Obezitatea este deosebit de devastatoare, deoarece excesul de lipide se acumulează în țesuturile non-adipoase, contribuind la rezistența sistemică la insulină și la un risc crescut de dezvoltare a diabetului de tip 2 (3). Disfuncția progresivă mitocondrială este asociată cu întreruperea lipotoxică a semnalizării insulinei, incluzând o scădere a funcției lanțului respirator, oxidarea redusă sau incompletă a acizilor grași (FAO) și supraproducția speciilor reactive de oxigen (ROS).

Cardiolipina (CL) reglează numeroase proteine ​​și procese mitocondriale ca urmare a structurii sale unice tetraacil și a localizării în membrana mitocondrială internă (4,5). În țesuturile cu rată metabolică ridicată, cum ar fi inima și mușchii scheletici, forma predominantă a CL constă din patru lanțuri laterale acil linoleice (L4CL) (4,5). Pierderea CL și/sau L4CL favorizează disfuncția mitocondrială. Acest lucru este subliniat de dezvoltarea sindromului Barth (BTHS), o boală genetică caracterizată prin deficit de L4CL, respirație mitocondrială afectată, cardiomiopatie dilatată și miopatie scheletică (5). Pacienții cu BTHS poartă mutații în gena Tafazzin (TAZ), care codifică o transacilază mitocondrială necesară pentru a încorpora acidul linoleic în CL (5).

Pierderea CL și/sau L4CL a fost demonstrată pe scară largă în modelele umane și animale de insuficiență cardiacă (4,6-8). O modalitate prin care conținutul de CL reglează disfuncția mitocondrială este prin implicarea directă în asamblarea și funcția supercomplexelor respiratorii (4). Acestea cuprind în principal complexul I (NADH - coenzima Q reductază), complexul III (ubiquinol - citocrom c reductază) și complexul IV (citocrom c oxidază) și funcționează pentru a promova fluxul eficient de electroni pentru a optimiza utilizarea substraturilor disponibile și pentru a controla producția de ROS (9). Celulele stem pluripotente induse dezvoltate de la pacienții cu BTHS au scăzut formarea supercomplexă, care coincide cu un consum redus de oxigen și o creștere a generației de ROS (10). Într-adevăr, pierderea conținutului de CL în insuficiența cardiacă este asociată cu activitatea redusă a complexelor respiratorii individuale și cu funcția respiratorie mitocondrială afectată (6,8).

În ciuda rolului CL în reglarea funcției mitocondriale, o asociere cu sindromul metabolic nu a fost examinată pe larg. Puținele studii care există indică faptul că obezitatea indusă de dietă promovează remodelarea patologică a CL (11-13). Cu toate acestea, rămâne neclar dacă nivelurile reduse de L4CL mitocondrială sunt suficiente pentru a iniția acumularea atipică de lipide în țesuturile neadipoze și pentru a perturba semnalizarea insulinei. Am investigat rolul nivelurilor CL și L4CL în dezvoltarea obezității induse de dietă și a rezistenței la insulină cu utilizarea unui model de șoarece TAZ knockdown (kd) (14). Rezultatele noastre stabilesc că TAZ kd previne dezvoltarea steatozei hepatice și a obezității care duce la rezistența la insulină. Mai mult, în ciuda deficitului de TAZ, nivelurile hepatice de CL au fost normale și supercomplexele menținute, oferind un mediu capabil să promoveze FAO crescută și hipermetabolismul responsabil pentru un fenotip slab.

Proiectare și metode de cercetare

Animale

Analiza mitocondrială

Peroxidul de hidrogen mitocondrial (H2O2) a fost cantitativ folosind reactivul Amplex UltraRed. Supercomplexele mitocondriale (25 μg proteină) au fost separate prin Blue Native PAGE, iar complexele individuale au fost vizualizate folosind teste de activitate în gel (4). Rata consumului de oxigen (OCR) a fost măsurată din hepatocite de șoarece (2 × 10 4/godeu) și fibre musculare scheletice (10 μg proteină/godeu) izolate din flexorul digitorum brevis folosind un instrument Seahorse Bioscience. Mediul conținea fie 1 mmol/L piruvat și 25 mmol/L glucoză pentru metabolismul glucozei sau 1 mmol/L piruvat, 2,5 mmol/L glucoză, 0,5 μmol/L carnitină și 0,155 mmol/L palmitat-BSA pentru acidul gras (FA) metabolism. Consumul bazal de oxigen a fost considerat a fi respirația bazală sensibilă la inhibarea de 1 μmol/L antimicină A plus 1 μmol/L rotenonă. Consumul de oxigen sensibil la ATP a fost inhibat de 1 μmol/L oligomicină, iar respirația insensibilă la ATP (căldură) a fost proporția rămasă din consumul de oxigen bazal. Consumul maxim de oxigen a fost atins cu 1 μmol/L cianură de carbonil 4- (trifluormetoxi) fenilhidrazonă (FCCP) pentru hepatocite sau 0,4 μmol/L FCCP pentru fibrele musculare scheletice. Respirația dependentă de FA este diferența în consumul de oxigen măsurată în prezența a 40 μmol/L etomoxir și a vehiculului (apă).