Aerobic metabolism of human endothelial cells under physiological and pathophysiological conditions

Wydział BiologiiCelem rozprawy doktorskiej było zbadanie metabolizmu tlenowego komórek śródbłonka EA.hy926 w warunkach fizjologicznych i patofizjologicznych. Wykazano, że komórki śródbłonka, mimo głównie glikolitycznego dostarczania energii, posiadają bardzo aktywne, sprzężone mitochondria. Przedstawiono rolę mitochondriów w metabolicznej adaptacji komórek śródbłonka do warunków patofizjolgicznych takich jak hiperglikemia i hipoksja. Hiperglikemia oraz hipoksja wywołują liczne zmiany w metabolizmie tlenowym komórek śródbłonka, do których możemy zaliczyć między innymi zmiany w mitochondrialnym utlenianiu różnych substratów oddechowych. Wzrost komórek śródbłonka w warunkach podwyższonego stężenia glukozy czy niedotlenienia powoduje wzrost produkcji reaktywnych form tlenu (ROS).Mitochondrialne ROS stanowią bardzo ważny element sygnalizacyjny w komórkach śródbłonka. Badano powiązanie produkcji ROS przez mitochondria komórek śródbłonka z aktywnością białka rozprzęgającego (UCP2). Wykazano, że UCP2 śródbłonka może pełnić istotną rolę antyoksydacyjną w warunkach hiperglikemii a w warunkach adaptacji metabolizmu do hipoksji jego aktywność ulega obniżeniu. Wykazano po raz pierwszy, że w wewnętrznej błonie mitochondriów ludzkich komórek śródbłonka EA.hy926 obecny jest kanał potasowy regulowany jonami wapnia o dużym przewodnictwie (BKCa) mający właściwości podobne to kanału obecnego w błonie plazmatycznej.The general goal of the doctoral thesis was to study the aerobic metabolism of endothelial EA.hy926 cells under physiological and pathophysiological conditions. The presented results demonstrate that primarily glycolytic endothelial cells possess highly active, well-coupled mitochondria. The present study highlights the role of endothelial mitochondria in response to metabolic adaptations related to pathophysiological conditions such as high-glucose levels and hypoxia. The high-glucose and hypoxia conditions induce numerous changes in their aerobic metabolism including changes in reducing fuel oxidation at different steps of oxidative catabolism. The high-glucose-induced and hypoxia-induced increases in mROS formation may be involved in endothelial signalling of metabolic responses related to oxidative stress (high-glucose levels) and non-excessive ROS levels (hypoxia). Endothelial UCP2 may function as a sensor and negative regulator of mROS production in response to high-glucose levels, antagonising oxidative stress-induced endothelial cell dysfunction. Downregulation of UCP2 under hypoxic conditions also indicates its involvement in modifications of mitochondrial functions resulting from hypoxia-induced metabolic adjustments. The presented results show for the first time that the inner mitochondrial membrane in EA.hy926 cells contains a large-conductance calcium-dependent potassium channel with properties similar to those of the surface membrane BKCa