2.2 Változások a mitokondriális alakban – ok vagy következmény?
Elektronmikroszkópos mérések a Vastus lateralis izomban sovány, elhízott nem cukorbeteg önkéntesektől és elhízott T2DM alanyoktól hogyan csökkent a mitokondriumok mérete ~ 40% -kal az utolsó két csoportban.9 Ez arra utal, hogy az elhízás a mitokondriális méret csökkenését okozza. A Zorzano laboratórium párhuzamos erőfeszítései egy töredezett mitokondriális hálózatot is kimutattak az elhízott patkányok és az emberek izomzatában.47 Differenciál mRNS-képernyő segítségével az Mfn2 gén downregulációját észlelték, amely a Mitofusin 2 (Mfn2) fehérjét kódolja, egy GTPázt. a mitokondriális fúziós eseményekben részt vevő enzim.47 Ezért az Mfn2 csökkenése megmagyarázhatja az elhízott egyének izomzatában megfigyelt töredezett mitokondriális architektúrát.
A tápanyag-túlterhelés helyzete megfelelő energiaigény hiányában mitokondriálishoz vezet. hasadás a tenyésztett sejtekben. A Shirihai labor úttörő munkája azt mutatta, hogy az INS-1 sejtek mitokondriális hálózata nagymértékben széttöredezetté vált, ha lipiddel töltött tápközegnek voltak kitéve.48 Hasonló megfigyelésekről számoltak be MEF sejtekben és AML12 hepatocitákban.49 Más munkák megmutatták, hogy a tápanyagfelesleg hogyan a glükóz túlterheltsége szintén mitokondriális fragmentációhoz vezethet, 50–52, bár ez a hatás sejttípusú lehet. 48 Amikor a fibroblasztokat, a miocitákat vagy a hepatocitákat éheztettük, mitokondriumuk összeolvadt és hosszúkás hálózatokat képezett.53 a mitokondrium megkímélte őket az autofágia elől, és lehetővé tette a sejt számára, hogy fenntartsa az energiatermelést.53 A mitokondriális fúziónak belső bioenergetikai hatása is volt: a mitokondriumok több krisztát mutattak a fúzió során, és az ATP szintáz komplex fokozott dimerizációja és aktivitása volt.53 út (azaz hasadás) a lipidterhelés vagy a tápanyagfelesleg hatására. Ebben az értelemben a legutóbbi kísérletek azt mutatják, hogy a mitokondriális fragmentáció fiziológiai válasz, amely növeli a mitokondriális szétkapcsolódási képességet a barna adipocitákban.54 A magasabb hasadási állapot megkönnyítheti a zsírsavak hozzáférését az UCP1-hez, ezáltal aktiválódhat. alkalmazható más szövetekre is. 56
A transzgénikus egérmodellek is alátámasztják, hogy a mitokondriális hasadás önmagában nem jelzi a mitokondriális diszfunkciót. Az Mfn1 gén májban történő törlésével elősegített károsodott mitokondriális fúzió (Mfn1-LKO) valójában növeli a máj FAO-kapacitását. 49 Mfn1-ben a mitokondriális légzés magasabb, mint a WT MEF-ekben galaktózkezeléskor, ami arra kényszeríti a sejteket, hogy az oxidatív anyagcserére támaszkodjanak .49 Ennek megfelelően a noradrenalin által kiváltott oxigénfogyasztás a barna adipocytákban több mint 50% -kal csökkent, amikor a mitokondriális hasadás veszélybe került a Drp1, a mitokondriális hasadás kulcsfontosságú fehérjéjének domináns negatív formájának expressziójával.54 Ezek a megfigyelések arra utalnak, hogy a mitokondriális hasadás növelheti a FAO kapacitását, mint védő alkalmazkodást a lipidek túlterhelésével szemben. Az Mfn2 kritikus fontosságú a mitokondrium és az endoplazmatikus retikulum (ER) közötti összekapcsolódás és funkcionális kapcsolat szempontjából, 57 bár a pontos mechanizmus továbbra is ellentmondásos. 58, 59 Az Mfn2 kulcsfontosságú szerepet játszik az ER és a mitokondrium közötti lipid- és Ca2 + -transzferben, Az 57 és az Mfn2 deléció következetesen az ER stressz markerek növekedésével járt az eddig tesztelt sejtek és szövetek többségében. 40, 57, 60 Ezzel szemben a hepatociták Mfn1 hiánya nem vezet ER stresszhez. 49 Az Mfn2-t szintén azonosították a mitokondrium és a barna zsírszövet lipidcseppje közötti kölcsönhatás kulcsfontosságú elősegítője (BAT) .40 Ezek a mitokondriális fúzión túlmutató szerepek magyarázhatják, hogy az Mfn2, de az Mfn1 nem, miért kapcsolódik metabolikus szövődményekhez.47, 61
Tekintettel az egész test Mfn2 knockout egerek letalitására, 62 számos szövetspecifikus knockout modell készült az Mfn2 számára. Az első beszámolt az Mfn2 specifikus deléciója volt a májban (Mfn2-LKO) .63 Az Mfn2-LKO egerek mély rendellenességeket mutatnak a glükózkontrollban, amelyet éhomi hiperglikémia és glükóz intolerancia jellemez, még akkor is, ha rendszeres étrendet fogyasztanak.63 A kezelést a túlzott mitokondriális ROS termelés és a megnövekedett ER stressz hajtotta. Az ER stressz enyhítése a molekuláris chaperone tauroursodeoxycholic savval (TUDCA) 64 elegendő volt az inzulinjelzés javításához az Mfn2-LKO egerek májjában.63 Az N-acetilciszteinnel (NAC) végzett kezelés enyhítette az ER stresszt és az inzulin jelátvitelt, ami arra utal, hogy a ROS a termelés az Mfn2-LKO egerek metabolikus fenotípusainak kulcsfontosságú kiváltó oka.Az a tény, hogy az Mfn1-LKO modell nem osztja ezeket a tulajdonságokat49, arra utal továbbá, hogy a mitokondriális hálózat széttöredezettsége nem okoz metabolikus szövődményeket az Mfn2-LKO egerekben.
Egy második modellben az Mfn2 floxed egereket keresztezzük a Cre rekombinázt expresszáló egerekkel a MEF2C promoter alatt. Az Mfn2 fehérje expressziója a KO csoportban jelentősen csökkent (80% -os csökkenés) a vázizomban, a szívben és az agyban, és közel 50% -os csökkenést észleltek a zsírszövetekben, a vese vagy a májban.63 Ezek az egerek alacsony zsírtartalmú IR-t mutatnak diéták és fokozott érzékenység a T2DM kialakulására a HFD táplálásakor.63 Ezek a hatások azonban egyszerűen a máj Mfn2 hibás szintjéből fakadhatnak, és specifikusabb modellekre lesz szükség az Mfn2 perifériás inzulinérzékenységben kifejtett hatásainak kibontásához. Ebben az értelemben a közelmúltban beszámoltak egy zsírszövet-specifikus Mfn2 knockout egérről (Mfn2-AKO) .40 Az Mfn2 deléciója BAT-ban vagy fehér zsírszövetben (WAT) erősen veszélyeztetett lipolitikus kapacitást és tompa Complex I aktivitást eredményezett. mitokondriumuk.40 Meglepő módon az egerek, amelyekből hiányzik az Mfn2 a zsírszövetekben, ellenálltak a glükóz-intolerancia kialakulásának a HFD táplálásakor.40, 65 Valójában az Mfn2-hiányos BAT inzulinérzékenysége a kontroll alomtársakhoz képest a mitokondriális diszfunkció ellenére is fokozott volt. Ez a termogén aktivitás fenntartása érdekében bekövetkezett glikolitikus újbóli bekötésnek volt köszönhető. 40 Ugyanebben a vonalon glikolitikus újracsatlakozást és IR-elleni védelmet figyeltek meg azoknál az egerek vázizmánál is, akiknél hiányzott a látóideg atrófia 1 (OPA1), a GTPáz enzim közvetítette a belső mitokondriális membránfúzió.66
Összességében ezek az eredmények arra utalnak, hogy a mitokondriális fragmentáció jellemző az elhízott egyének szövetében a tápanyag következményeként felesleg és lipid túlcsordulás. A géntechnológiával módosított egérmodellek azonban azt sugallják, hogy a kisebb, erősen hasadó mitokondriumok nem okozhatók összefüggésben az IR-vel.