Proteomická reakcia energetických dráh srdcových mitochondrií na stav zníženej utilizácie kyslíka: Význam up-regulácie β-oxidácie mastných kyselín

Primárne karty

Proteomická reakcia energetických dráh srdcových mitochondrií na stav zníženej utilizácie kyslíka: Význam up-regulácie β-oxidácie mastných kyselín

Dávid Janko1 , Miroslav Ferko2 , Iveta Waczulíková , Natália Andelová ,
1 Oddelenie jadrovej fyziky a biofyziky, Fakulta matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského, Bratislava, Slovenská republika
2 Centrum experimentálnej medicíny SAV, v.v.i., Ústav pre výskum srdca, Bratislava, Slovenská republika
david.janko9@gmail.com

Stav zníženej utilizácie kyslíka navodený modelom experimentálneho diabetes mellitus (D) spôsobuje zmenu metabolických podmienok v srdci a zvyšuje jeho energetické nároky. Srdce však disponuje schopnosťou adaptácie a vďaka nástupu kompenzačných mechanizmov spájaných práve s reguláciou mitochondrií dokáže zachovať svoju funkciu. Cieľom našej štúdie bolo identifikovať pomocou necielených LC-MS/MS proteomických analýz aké funkcie plnia abundantné mitochondriálne proteíny a ktoré funkcie sú z pohľadu energetiky najviac ovplyvnené stavom zníženej utilizácie kyslíka. LC/MS/MS proteomické analýzy boli vykonané na izolovaných mitochondriách srdca potkana kmeňa Wistar, proteíny boli štiepené v roztoku trypsínom. Model akútneho D bol indukovaný jednorazovým podaním streptozotocínu (65 mg/kg, ip.) 7 dní pred plánovaným experimentom. Analýzy boli robené na 6 biologických replikátoch v skupine, pripravovaných ako technický replikát a každý bol meraný duplicitne (24 analýz v každej skupine). Identifikované proteíny boli využitím databázy Uniprot priradené do skupín podľa funkcií, ktoré vykonávajú. Softvérom STRING a Cytoscape boli sledované proteín-proteínové interakcie. Najviac z identifikovaných proteínov bolo zapojených do procesov mitochondriálnej regulácie, signalizácie a redoxných procesov, do transportnej funkcie metabolitov a iónov a bolo súčasťou dráh mitochondriálnej bioenergetiky a metabolizmu. Dráhy zastúpené najväčším počtom identifikovaných proteínov boli dýchací reťazec mitochondrií, β-oxidácia mastných kyselín a metabolizmus lipidov a Krebsov cyklus. Podmienky zníženej utilizácie kyslíka viedli k up-regulácii 32,7% identifikovaných proteínov a down-regulácii 2,9% proteínov. K najviac ovplyvneným patrila dráha β-oxidácie mastných kyselín a metabolizmus lipidov, kde až 43,5% z analyzovaných proteínov (ACADS, CPT2, DECR, ECH1, ECHA, ECHB, HCDH, THIM, ACOT2, BDH) bolo signifikantne up-regulovaných. Najvýraznejšia zmena expresie bola zaznamenaná pre proteín enoyl-koenzým A hydratázu 1 (ECH1), ktorého expresia bola 2,5-krát vyššia ako v kontrolnej skupine. Dosiahnutými výsledkami sme preukázali, že vplyvom akútneho D došlo k významnej stimulácii mitochondriálnych proteínov zapojených do dráhy β-oxidácie mastných kyselín a metabolizmu lipidov. Tieto nálezy sú v súlade s preukázanými metabolickými zmenami indukovanými experimentálnym D, kedy vplyvom zníženej aktivity pyruvátdehydrogenázy a zníženého oxidačného metabolizmu glukózy dochádza k zvýšeniu kapacity oxidácie mastných kyselín, čo je v srdci následkom adaptačnej remodelácie (1). Najvýznamnejšie ovplyvneným proteínom z tejto dráhy bol ECH1, ktorého expresia koreluje so spotrebou energie a hrá dôležitú úlohu pri metabolickej regulácii (2).

Poďakovanie: 

Táto štúdia bola podporená: VEGA 2/0016/23, APVV 15-0119, APVV 19-0540.

Zdroje: 

(1) Pogatsa G. Metabolic energy metabolism in diabetes: therapeutic implications. Coron. Artery Dis. 12(1):S29-33, 2001.

(2) Xiaoxiang Mao, Dandan Huang, Caijun Rao, Meng Du, Minglu Liang, Fei Li, Baoqing Liu, and Kai Huang. Enoyl coenzyme A hydratase 1 combats obesity and related metabolic disorders by promoting adipose tissue browning. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism 2020 318:3, E318-E329.