The effect of citrate synthase-inhibiting mutation on murine liver and muscle mitochondria functions: the gender dependence

Tyrimai rodo, kad nutukimas ir cukrinis diabetas dažnai yra susiję su prasta mitochondrijų veikla. Citrato sintazė (CS) yra vienas iš pagrindinių mitochondrijų fermentų, reguliuojantis energijos gamybą medžiagų apykaitos metu. Citratas veikia kaip alosterinis acetil-KoA karboksilazės aktyviklis, kuris yra ypač svarbus riebalų metabolizmui kepenų ir raumenų ląstelėse. Taigi sulėtėjusi citrato sintezė gali skatinti riebalų rūgščių sunaudojimą ir oksidaciją mitochondrijose. Todėl iškėlėme hipotezę, kad CS slopinimas gali turėti teigiamą poveikį riebalų metabolizmui. Tyrimams buvo naudojamos izoliuotos mitochondrijos iš laukinio tipo (kontrolinių) B6 linijos pelių ir iš kongeninių pelių, turinčių A/J pelių linijai būdingą mutaciją - B6.A-(rs3676616-D10Utsw1)/KjnB6), kuri pasireiškia CS aktyvumo sumažėjimu. Šiame darbe siekta įvertinti citrato sintazės slopinančios mutacijos poveikio izoliuotų pelių raumenų ir kepenų mitochondrijų funkcijoms priklausomybę nuo gyvūno lyties. Šiam tikslui pasiekti buvo vertinami kontrolinių ir kongeninių pelių raumenų ir kepenų mitochondrijų kvėpavimo greičiai antroje ir trečioje metabolinėse būsenose (V2 ir V3), joms oksiduojant skirtingus substratus: piruvatą + malatą (5 mM + 5 mM), glutamatą + malatą (5 mM + 5 mM), palmitoilkarnitiną + malatą (0,05mM + 0,25 mM), sukcinatą + rotenoną(5 mM + 1 μM) taip pat vertintas poveikis adenino nukleotidų nešikliui – substratai – glutamatas + malatas + palmitoilkarnitinas (5 mM + 5 mM + 0,05 mM), piruvatas + malatas + palmitoilkarnitinas (5 mM + 5 mM + 0,05mM), termostatu palaikant 37 °C matavimo terpės temperatūrą. Kongeninių pelių citrato sintazės (CS) aktyvumas buvo 35% mažesnis patinų ir 25% patelių mitochondrijose lyginant su kontrole. Kontrolinių patinų raumenų mitochondrijų V3 yra didesni nei patelių, II komplekso aktyvumas bei β-oksidacija yra apie 50 % didesni nei patelių, o kongeninių patelių raumenų mitochondrijų V3 yra didesni nei kontrolinių, kas, manoma, gali lemti mažesnį patinų ir kongeninių pelių polinkį į nutukimą. Kongeninių pelių raumenų mitochondrijų funkcijų lyčių skirtumai yra mažesni, nei kontrolinių. Kepenų mitochondrijų funkcijų lyčių skirtumai pasireiškė didesniu kontrolinių patinų kepenų II komplekso aktyvumu ir kongeninių patelių piruvato oksidacija ir β-oksidacija. Mutacija sukėlė II komplekso aktyvumo sumažėjimą patinų ir padidėjimą patelių mitochondrijose (V3 tapo vienodi) bei β-oksidacijos padidėjimą patelių mitochondrijose. Kepenų mitchondrijose nebuvo pastebėtas žymus palmitoilkarnitino slopinantis poveikis ANT, o mitochondrijoms oksiduojant piruvatą, palimotilkarnitinas netgi padidino V3. Palmitoilkarnitino slopinantis poveikis ANT buvo žymesnis raumenų mitochondrijose, visose tyrimo grupėse, slopinantis poveikis ANT buvo tiek kongeninėse patelėse tiek kongeniniuose patinuose.The results of numerous investigations show that obesity and diabetes are often associated with poor mitochondrial performance. Citrate synthase (CS) is one of the key mitochondrial enzyme that regulates the production of energy metabolism. Citrate acts as an allosteric acetyl - CoA carboxylase activator, which is particularly important in the metabolism of fatty liver and muscle cells. Reduction in citrate synthesis may promote fatty acid oxidation in mitochondria. Therefore, we have hypothesized that inhibition of CS may have a positive effect on the metabolism of fat and should be checked for the possibility of the fight against obesity and type 2 diabetes. The experiments were conducted on isolated mitochondria from wild-type (control) mice and B6 lines of congenic mice with A / J -specific mutation - B6.a -( rs3676616 - D10Utsw1 ) / KjnB6 . This study aimed to evaluate the effects of citrate synthase inhibition by mutation on isolated mouse skeletal muscle and liver mitochondrial functions and its gender dependence. To achieve this task, respiratory rates in metabolic state 2 and 3 (V2 and V3) were evaluated in control and congenic mouse muscle and liver mitochondria oxidizing different substrates: pyruvate + malate (5 mM + 5 mM ), glutamate + malate (5 mM + 5 mM ), palmitoylcarnitine + malate (0.05 mM + 0.25 mM ), succinate + rotenone (5 mM + 1 µM). The inhibitory effect of fatty acids on adenine nucleotide transporter was measured with glutamate + malate + palmitoylcarnitine (5 mM + 5 mM + 0 05 mM), pyruvate + malate + palmitoylcarnitine (5 mM + 5 mM + 0.05 mM) at 37°C. Kongenic mice citrate synthase (CS) activity was 35 % lower in males and 25 % females in the mitochondria compared with controls. Control of male muscle mitochondrial V3 are larger than females, complex II activity and β-oxidation is about 50 % larger than females, and females kongenic muscle mitochondrial V3 is higher than the control, which is expected to lead to a reduced male and kongenic mice predisposed to obesity. Kongenic mice muscle mitochondrial function gender differences are smaller than the control group. Hepatic mitochondrial function gender differences were greater in male control liver complex II activity and pyruvate oxidation kongenic females and β-oxidation. The mutation caused a decrease in activity of complex II in males and in females in the mitochondria (V3 become identical ), and β-oxidation in the mitochondria in females. Liver mitchondria not observed significant inhibitory effects on the palmitoylcarnitine and mitochondrial oxidation of pyruvate, palmitoylcarnitine even increased V3. Palmitoylcarnitine inhibitory effects on the muscle mitochondria was more significant in all study groups, inhibitory effects on the both the kongenic females and kongenic males.Vytauto Didžiojo universiteta