V súvislosti so štúdiom remodelácie myokardu podrobenému akútnemu streptozotocínom navodenému diabetes mellitus (D) bolo preukázaných viacero adaptačných zmien, ktoré vedú ku kompenzácii následkov spôsobených týmto ochorením. I napriek tomu však mechanizmus iniciácie týchto endogénnych odpovedí na patologický podnet, ktorý je spojený so zvýšenými energetickými nárokmi myokardu, ostáva naďalej otáznikom. V poslednom období sa práve mitochondrie ukazujú ako kľúčový faktor v procesoch nástupu ako aj samotného priebehu adaptácie myokardu na patologický stav. Diabetický myokard sa nachádza neustále v stave zníženej utilizácie kyslíka. Nedostatok energie v pseudohypoxických podmienkach diabetického myokardu je kompenzovaný funkčnou remodeláciou mitochondrií, avšak absentujú informácie o možnom kardioprotektívnom zapojení proteomických zmien na úrovni dýchacieho reťazca.
Cieľom práce bolo prostredníctvom proteomických LC-MS analýz identifikovať akým spôsobom sú do procesu kardioprotektívnej signalizácie zapojené proteíny dýchacieho reťazca.
Izolované srdcové mitochondrie zdravej kontrolnej skupiny (K) a skupiny s 8-dňovým D (65 kg/mg i.p.) boli podrobené kvantitatívnej label-free LC-MS/MS proteomickej analýze.
Do kvantifikácie bolo zaradených 36 proteínov tvoriacich komplexy dýchacieho reťazca, vrátane ATP syntázy. Expresie mitochondriálnych respiračných enzýmov komplexu I (p = 0,0159) a komplexu II (p = 0,0045) ako celku sa v D skupine štatisticky významne zvýšili, zatiaľ čo expresie komplexov III-V nevykazovali zmeny oproti K skupine. Expresie jednotlivých proteínov boli v skupine D signifikantne zvýšené u jadrovej podjednotky komplexu I NU4M a NDUS2 a u prídavných podjednotiek NDUA9, NDUAB a NDUS6. V komplexe II bola signifikantne zvýšená expresia u podjednotky SDHB zodpovednej za prenos elektrónov zo sukcinátu na ubichinón. Jediný proteín signifikantne znížený vplyvom pseudohypoxických podmienok bola podjednotka CX7A2 komplexu IV. U ATP syntázy boli hodnoty expresií udržané na úrovni K, u podjednotiek ATP5H a ATPG došlo k štatisticky významnému zvýšeniu v skupine D.
Na základe výsledkov z proteomických analýz sa dá predpokladať, že zaznamenaná stimulácia expresie proteínov na úrovni komplexov I a II je súčasťou procesov kardioprotektívnej kompenzácie pôsobiacej voči zvýšenej energetickej záťaži v podmienkach akútneho D.
Táto práca bola podporená grantmi APVV-15-0119; VEGA 2/0121/18; KEGA 041UK-4/2020; Doktogrant APP0080; ITMS 26230120009.
Mitochondrie
Veľmi zaujímavá a pekná práca. Chcela by som sa opýtať, či sa pri takýchto podmienkach aj zvyšuje počet mitochondrií v bunke, alebo sa bunky prispôsobia zvýšenou expresiou jednotlivých komponentov dýchacieho reťazca?
Re: Mitochondrie
Ďakujem za podnetnú otázku. Je preukázané, že mitochondrie ako dynamické organely sú schopné meniť tvar a podstupovať procesy fúzie a štiepenia tzv. fission. Za fyziologických podmienok sú tieto procesy v istej rovnováhe. My sme sa otázke či by mohlo dôjsť k zvýšeniu celkového počtu mitochondrií v bunke ako forma adaptácie na zvýšené energetické nároky doposiaľ nevenovali. Ani v literatúre som sa o tom zatiaľ nedočítala. Je však známe, že ak je potrebná produkcia vyššieho množstva ATP, mitochondrie fúzujú a tvoria väčšie mitochondrie produkujúce vyššie množstvo ATP. Ak sa bunky nachádzajú v podmienkach, kedy nie je potrebná zvýšená produkcia energie v podobe ATP, mitochondrie sa podrobia štiepeniu na menšie mitochondrie. Patologické podmienky typu ischemicko/reperfúzneho (I/R) poškodenia vyvolávajú nadmerné štiepenie mitochondrií, ich fragmentáciu a celý rad ďalších patologických procesov. Naopak forma kardioprotekcie v podobe napr. remote ischemický preconditioningu (RPC) dokázala znížiť následky I/R poškodenia srdca a vystimulovala expresiu proteínu OPA1 podieľajúcom sa na fúzii mitochondrií a znížila expresiu proteínu DRP1 podieľajúcom sa na mitochondriálnom štiepení, čo naznačuje, že RPC je zapojený okrem iného aj do pozitívnej modulácie mitochondriálnej dynamiky. Na našom experimentálnom modeli D to skúmané zatiaľ nebolo, ale nakoľko experimentálny D v jeho akútnej fáze javí tiež známky preconditioningu znižujúci náchylnosť na I/R poškodenie, možno ho považovať za tzv. metabolický preconditioning. Preto sa môžeme domnievať, že hoci model predstavuje energetickú záťaž, na zabezpečenie dostatočnej tvorby ATP, môže dochádzať práve k zvýšenej mitochondriálnej fúzii. Aj naše výsledky dosiahnuté v tejto štúdii zamerané na komplexy dýchacieho reťazca svedčia o zapojení kompenzačných mechanizmov zabezpečujúcich adaptáciu na zvýšené energetické nároky reprezentované akútnym D.
Re: Re: Mitochondrie
Ďakujem veľmi pekne za naozaj prepracovanú odpoveď.