Un estudio de la Universidad de Iowa ha identificado cómo el exceso de grasa en el corazón, una característica común en la diabetes y la obesidad, puede dañar la capacidad esencial de las células para producir energía. Los investigadores creen que el mecanismo puede contribuir al aumento de dos a cinco vecesriesgo de insuficiencia cardíaca en personas con diabetes.
El corazón es el órgano del cuerpo que más energía consume. Al igual que un motor de combustión que quema combustible para impulsar los pistones, las células cardíacas sanas consumen moléculas de combustible para crear la energía necesaria para mantener el corazón latiendo. Esta producción de energía esencial tiene lugardentro de las mitocondrias, los orgánulos autónomos de la "planta de energía" dentro de las células.
Aunque las mitocondrias en un corazón sano usan principalmente ácidos grasos como combustible, pueden adaptarse fácilmente para usar otras moléculas de combustible según sea necesario, como glucosa, lactato y cuerpos cetónicos. Sin embargo, la diabetes reduce la adaptabilidad metabólica del músculo cardíaco y causa células cardíacasabusar de la grasa como combustible metabólico.
El estudio, publicado en Investigación de circulación , encontró que esta sobrecarga de lípidos cardíacos conduce a numerosas mitocondrias pequeñas y deformes que no producen energía tan eficientemente como las mitocondrias normales. Investigaciones anteriores del equipo de UI han sugerido que los problemas con la producción de energía mitocondrial pueden jugar un papel en la insuficiencia cardíaca asociadacon diabetes.
"La diabetes, que afecta a casi 30 millones de estadounidenses, aumenta significativamente el riesgo de insuficiencia cardíaca, y una de las manifestaciones cardinales de los corazones de las personas con diabetes es la tendencia a abusar de las grasas como combustible metabólico, lo que en última instancia conduce a la aparición de enfermedades mitocondriales ydaño cardíaco ", explica el líder del estudio E. Dale Abel, MD, PhD, profesor y director ejecutivo departamental de medicina interna en la Facultad de Medicina de UI Carver y director del Centro de Investigación de la Diabetes de la Orden Fraternal de las Águilas en la UI." Hemos demostradoy detectó cómo el aumento de la cantidad de grasa lípidos que consume el corazón conduce a cambios dramáticos en la estructura y función de las mitocondrias en el corazón. Estos estudios brindan una nueva ventana sobre cómo estos cambios en las mitocondrias podrían ocurrir en los lípidos sobrecargadoscorazón."
El equipo de UI usó ratones genéticamente modificados que imitan el aumento de la absorción de ácidos grasos sobrecarga de lípidos que caracteriza a la diabetes para investigar las consecuencias de la sobrecarga de lípidos cardíacos en las mitocondrias. Una nueva técnica de imágenes celulares con microscopio electrónico en 3D desarrollada por colegas en Alemania permitióLos investigadores observaron directamente los cambios estructurales en las mitocondrias, como ponerse un casco de realidad virtual dentro de la célula del músculo cardíaco, dice Abel. En el modelo de ratón, la captación de lípidos en el corazón se duplicó. Este modesto aumento resultó en mitocondrias que se volvieronmás delgadas y más retorcidas que las mitocondrias en las células cardíacas sanas. Estos cambios estructurales casi como un fideo que se desliza por el corazón conducen a una apariencia de fragmentación mitocondrial cuando se obtienen imágenes mediante microscopía electrónica convencional.
El estudio también reveló la causa molecular del cambio en la estructura mitocondrial. La sobrecarga de lípidos prolongada conduce a niveles elevados de sustancias dañinas llamadas especies reactivas de oxígeno ROS. El exceso de ROS interrumpe la red mitocondrial al alterar la actividad de varias proteínas importantes queayudan a controlar el tamaño y la forma de las mitocondrias.
La eliminación del exceso de ROS mediante la sobreexpresión de una molécula que ayuda a "limpiar" las moléculas de ROS restableció las mitocondrias de aspecto normal, que funcionaron correctamente, a pesar de la sobrecarga de lípidos.
Sorprendentemente, usar el mismo enfoque para eliminar ROS en células cardíacas normales condujo a mitocondrias que eran cuatro veces más grandes de lo normal, lo que sugiere que los niveles de ROS son inversamente proporcionales al tamaño de las mitocondrias.
Los hallazgos sugieren que la sobrecarga de lípidos cardíacos altera la estructura mitocondrial normal, lo que puede afectar la producción de energía y comprometer la función cardíaca.
Además de Abel, el equipo incluía a los investigadores de UI Kensuke Tsushima, Jamie Soto, Gregory Jenson, Austin Tor, Rose McGlauflin, Helena Kenny, Yuan Zhang, Rhonda Souvenir, Renata Pereira y Vitor Lira. El equipo también incluía a Heiko Bugger, EvaRog-Zielinska y Peter Kohl de la Universidad de Freiburg en Alemania; Adam Wende de la Universidad de Alabama en Birmingham; Crystal Black, Sharon Hu y Ken Spitzer de la Universidad de Utah; Terry Sharp, Koresh Shoghi y Jean Schaffer de la Universidad de Washington;Genevieve Sparagna de la Universidad de Colorado Boulder; y Oleh Khalimonchuk de la Universidad de Nebraska.
La investigación fue financiada en parte por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud, la Asociación Estadounidense del Corazón, la Fundación para la Investigación de la Diabetes Juvenil, la Fundación del Corazón de Japón, Deutsche Forschungsgemeinschaft y el Consejo Europeo de Investigación.
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Materiales proporcionado por Atención médica de la Universidad de Iowa . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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