Biologia molecular: Els greixos que ingerim són absorbits pels enteròcits de l’epiteli intestinal, els quals els apleguen en lipoproteïnes, concretament pre-quilomicrons, en el seu reticle endoplasmàtic, d’on són transportats a l’aparell de Golgi on maduren com a quilomicrons i són finalment secretats a la circulació portal on faran un primer pas hepàtic. Els laboratoris d’Aleksandra Trifunovic i Manolis Pasparakis, de la Universitat de Colònia, han coordinat una recerca sobre el rol que tenen els mitocondris dels enteròcits en aquest processament, que apareix avui en forma d’un article a la revista Nature que té com a primera autora Chrysanthi Moschandrea. Moschandrea et al. mostren que la disfunció mitocondrial en enteròcits inhibeix la producció de quilomicrons i el transport dels lípids de la dieta als òrgans perifèrics. Per exemple, ratolins als qui s’han inactivat gens mitocondrials com DARS2 (el gen de la sintetasa de l’ARN de transferència de l’aspartat), SDHA (component de la cadena respiratòria) o COX10 (component de la citocrom oxidasa) en els seu epiteli intestinal mostren una acumulació de grans gotes lipídiques en els enteròcits de la porció anterior de l’intestí prim i no poden tirar endavant. Quan s’alimenta aquests ratolins amb una dieta sense greix no s’observa aquesta acumulació. E ratolins deficients pel gen DARS2 en l’epiteli intestinal hi ha un transport insuficient de lípids als òrgans perifèrics. A més de la manca de producció de quilomicrons madurs, en els enteròcits hi ha una dispersió progressiva de l’aparell de Golgi. Els mitocondris semblen importants per al tràfic lipídic del reticle endoplàsmic a l’aparell de Golgi, i sense la seva participació es formen a la cèl·lula gotes lipídiques. Moschandrea et al. pensen que això explicaria els trastorns intestinals observats en pacients amb malalties mitocondrials.
Moschandrea et al. mostren com la inducció de la deficiència de DARS2 en ratolins interfereix en la producció de quilomicrons pels enteròcits.
La disfunció mitocondrial
La disfunció mitocondrial es manifesta molecularment com una deficiència en la fosforilació oxidativa. Aquest defecte metabòlic pot afectar gairebé qualsevol tipus cel·lular, i d’ací el caràcter devastador de les malalties mitocondrials. No obstant la majoria de malalties mitocondrials es presenten com a encefalomiopaties, ja que són el sistema nerviós central i el sistema muscular els teixits que més depenen del metabolisme oxidatiu. Ara bé, també hi ha afectacions gastrointestinals en forma d’anorèxia, dolor abdominal, restrenyiment crònic, diarrea o vòmits persistents. En part aquestes afectacions són degudes a alteracions neuroendocrines i de la musculatura llisa intestinal.
La deficiència de DARS2 provoca l’acumulació de lípids en cèl·lules de l’epiteli intestinal
En aquest treball Moschandrea et al. han generat ratolins que tenen un dèficit específic del gen DARS2 en cèl·lules de l’epiteli intestinal. El gen DARS2 codifica la sintetasa de l’ARN de transferència mitocondrial de l’àcid aspàrtic: sense ell els mitocondris no poden sintetitzar algunes de les subunitats de la cadena respiratòria. Aquests ratolins Dars2IEC-KO naixen amb una massa corporal molt reduïda i no arriben a sobreviure més enllà de les quatre setmanes d’edat. Anàlisis d’immunoblot mostren que a 7 dies d’edat tenen uns nivells reduïts de les subunitats I, III, IV i V de la cadena respiratòria mitocondrial dels enteròcits. Així tenen una formació reduïda dels supercomplexos de fosforilació oxidativa i una forta deficiència en citocrom c oxidasa. El microscopi electrònic mostra uns mitocondris inflats i amb unes crestes menys densament empacades i més fragmentades.
L’intestí prim d’aquests ratolins, a 7 dies d’edat, és més curt, i presenta unes vellositats truncades i amb menor quantitat de cèl·lules de Goblet i d’enteròcits absorptius. En les criptes intestinals hi ha una menor proliferació de cèl·lules epitelials, i una caiguda en el nombre de cèl·lules troncals. Això no es deuria a un augment de l’apoptosi o de la infiltració del sistema immunitari. Sí que s’observa en els enteròcits la presència de grans vacuoles citoplasmàtiques, que es tenyeixen amb l’oli vermell O, la qual cosa indica que tenen una composició lipídica. La immunotinció amb perilipina 2 confirma que aquestes vacuoles són gotes lipídiques. L’anàlisi lipidòmica amb espectròmetre de masses indica que l’intestí es troba enriquit en lípids, i especialment en triacilglicerols. La lipidòmica del fetge, en canvi, indica una depleció en triacilglicerols. L’anàlisi del sèrum dels ratolins mostra una caiguda en els nivells de glucosa i de HDL, però nivells normals de colesterol, LDL i triacilglicerols. Hi ha una reducció de l’expressió d’enzims que participen en la biosíntesi lipídica.
L’acumulació de gotes lipídiques en enteròcits mancats SDHA o COX10
Moschandrea et al. també generaren ratolins que són deficients en enteròcits d’altres gens mitocondrials:
- el gen SDHA, que codifica la succinat deshidrogenasa A, enzim que participa en el cicle de Krebs i en el complex II de la fosforilació oxidativa
- el gen COX10, que codifica l’enzim protohem IX-farnesiltransferasa.
Els fenotips d’aquests ratolins són semblants als descrits.
La pèrdua de DARS2 en adults provoca l’acumulació de gotes lipídiques
Moschandrea han desenvolupat un ratolí que deixa d’expressar el gen DARS2 en enteròcits quan se li administra tamoxifen. Quan hom comença a injectar aquests ratolins amb tamoxifen passen a perdre pes ràpidament, i al cap d’una setmana ja no poden continuar vivint. Les anàlisis per immunoblot i proteòmica confirmen l’especificitat d’aquest model. Alhora indiquen un enriquiment de la via de la ATF4, indicativa d’un estrès mitocondrial.
En aquest model de ratolí també es registra una caiguda en proteïnes que participen en la biosíntesi lipídica (FASN, FABP2). En canvi hi ha un augment de PLIN2, proteïna implicada en la formació de gotes lipídiques. L’anàlisi metabolòmica indicava una reducció en els nivells d’aspartat i una acumulació de succinat, a més d’una acumulació de metabòlits intermediaris de la via glucolítica, així com una acumulació d’acilcarnitines.
La necròpsia d’aquests ratolins revelava un tracte gastrointestinal dilatat i ple de fluid, amb una part proximal de l’intestí que havia tornat blanca de tanta acumulació de greix. Els mitocondris dels enteròcits apareixien inflats, i amb crestes apilonades i fragmentades. No hi havia un augment de la inflamació en general. Cal remarcar que l’acumulació lipídica observada en l’intestí proximal no apareixia en l’intestí distal.
L’acumulació de lípids de la dieta en els enteròcits
Quan aquest model de ratolí era alimentat amb una dieta sense greix, el tamoxifen no provocava un augment d’acumulació lipídica en l’intestí proximal. No obstant els animals perdien pes igualment i acabaven requerint eutanàsia.
En administrar a aquests ratolins trioleïna tritiada o colesterol marcat amb carboni-14, Moschandrea et al. constataven que els lípids de la dieta arriben insuficientment al plasma i a la majoria de teixits perifèrics (incloent-hi el fetge). Experiments semblants amb desoxiglucosa marcada amb carboni-14 indicaven una assimilació normal de sucres.
Les alteracions en l’aparell de Golgi
L’estudi d’enteròcits primaris d’aquests ratolins després del tractament amb tamoxifen indicava una caiguda en els nivells de l’apolipoproteïna B48, signe d’una insuficient producció de quilomicrons. L’aparell de Golgi mostrava una desorganització amb una reducció de les cisternes que haurien de contenir quilimicrons. El seu lloc era ocupat per gotes lipídiques. La immunotinció de TG38 i de E-cadherina indicava l’alteració patida per tot el sistema secretori de l’enteròcit. En analitzar ratolins eutanasiats a diferents dies de tractament amb tamoxifen, Moschandrea et al. remarquen que la desorganització de l’aparell de Golgi precedeix la formació de gotes lipídiques.
Val a dir que els enteròcits de l’intestí distal no mostren tanta alteració de la xarxa de Golgi ni tampoc una acumulació de gotes lipídiques.
El rol de DARS2 en l’intestí del nematode Caenorhabditis elegans
Moschandrea et al. utilitzen una soca transgènica del cuc C. elegans que expressa la proteïna fluorescent verda fusionada la mannosidasa II de l’aparell de Golgi. Amb una ARN d’interferència afecten específicament l’expressió del gen DARS-2, i constaten que llavors hi ha disminució de l’aparell de Golgi sense que es vegi afectat el reticle endoplasmàtic. També en aquest organisme la disfunció mitocondrial en l’enteròcit pertorba l’absorció de greix del tub digestiu.
Els mitocondris dels enteròcits són necessaris per al processament dels lípids alimentaris. En malalties mitocondrials humanes, com la deficiència en el gen SAR1B, els símptomes intestinals (diarrea crònica, distensió abdominal, retard en el creixement) podrien relacionar-se amb una retenció de quilomicrons en l’epiteli intestinal.
Queda per saber quin és el mecanisme precís que relaciona un defecte mitocondrial amb l’organització del sistema secretor de l’enteròcit.
Lligams:
- Mitochondrial dysfunction abrogates dietary lipid processing in enterocytes. Chrysanthi Moschandrea, Vangelis Kondylis, Ioannis Evangelakos, Marija Herholz, Farina Schneider, Christina Schmidt, Ming Yang, Sandra Ehret, Markus Heine, Michelle Y. Jaeckstein, Karolina Szczepanowska, Robin Schwarzer, Linda Baumann, Theresa Bock, Efterpi Nikitopoulou, Susanne Brodesser, Marcus Krüger, Christian Frezza, Joerg Heeren, Aleksandra Trifunovic & Manolis Pasparakis. Nature (2023).
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada