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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.17.2020.tde-07042021-144123
Documento
Autor
Nome completo
Karine Emanuelle da Silva
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2020
Orientador
Banca examinadora
Kettelhut, Isis do Carmo (Presidente)
Kawashita, Nair Honda
Osako, Mariana Kiomy
Título em português
Mecanismos moleculares envolvidos na redução da funcionalidade mitocondrial e autofagia do tecido adiposo marrom de ratos alimentados com dieta hiperproteica
Palavras-chave em português
Autofagia
Dieta hiperproteica
Mitocôndrias
Mitofagia
Tecido adiposo marrom
Resumo em português
Animais submetidos à dieta hiperproteica (HP) totalmente livre de carboidratos representam um bom modelo experimental para o estudo dos ajustes metabólicos frente a diferentes situações fisiológicas, pois apresentam características como manutenção da glicemia e menor queda do glicogênio hepático durante a restrição alimentar e alta atividade neoglicogenética hepática, mesmo em condições pós-prandiais. Além disso, os animais HP apresentam altos níveis circulantes dos aminoácidos de cadeia ramificada (BCAA), que parecem ser importantes para essas adaptações metabólicas. O tecido adiposo marrom (TAM) desses animais apresenta menor massa, redução na produção de calor e do turnover de NOR e menor atividade simpática em relação aos animais que consomem dieta balanceada. Sendo o TAM rico em mitocôndrias, a função e a reciclagem dessas organelas são fundamentais para a atividade do tecido. Por isso, os objetivos deste trabalho foram elucidar os mecanismos moleculares envolvidos no controle da atividade termogênica, no conteúdo e na funcionalidade mitocondrial, além da degradação autofágica-lisossomal no TAM de ratos Wistar Hannover submetidos à dieta HP. Foram determinados parâmetros metabólicos e hormonais para confirmar a adaptação desses animais a este tipo de dieta. Foram avaliadas as vias de sinalização adrenérgica, o conteúdo proteico e a expressão gênica de marcadores da dinâmica mitocondrial, termogênese, autofagia, mitofagia e as vias de sinalização da insulina, além dos fatores de transcrição FoxO e seus genes alvo. Além disso, foram conduzidos ensaios para a determinação da densidade e da funcionalidade mitocondrial do TAM dos animais HP. Os resultados do presente estudo mostraram que todos os parâmetros metabólicos e hormonais obtidos foram semelhantes aos previamente encontrados nos ratos Wistar (Ribeirão Preto) adaptados à dieta HP. O TAM desses animais apresentou redução das proteínas envolvidas na sinalização adrenérgica, como a EPAC e os substratos fosforilados por PKA, além de redução do RNAm do receptor β3 adrenérgico. Houve redução do conteúdo da UCP1 e da AMPK e da expressão gênica do PGC1α, Dio2 e UCP1. Houve aumento do conteúdo proteico de VDAC, Tom20 e da atividade da citrato sintase, porém acompanhado de redução do consumo de oxigênio em todos os estados avaliados. Por conseguinte, a adaptação à dieta HP promoveu redução dos principais marcadores autofágicos, LC3II e p62, o que foi confirmado pela redução do fluxo autofágico. Houve acúmulo do conteúdo das proteínas envolvidas com mitofagia, Parkin, PINK1, BNIP3 e redução do fluxo autofágico mitocondrial. A dieta hiperproteica também promoveu no TAM a redução do conteúdo proteico do IRS-1, porém aumento da fosforilação de Akt nos resíduos Ser473 e Thr308, aumento da fosforilação da ERK1 e ERK2 nos resíduos Thr202 e Tyr204, respectivamente, e aumento do conteúdo proteico da p38. Além disso, houve aumento da fosforilação de FoxO1 no resíduo Ser256 e de FoxO3a no resíduo Ser253 e redução da transcrição de seu gene alvo Gabarap. Em conjunto nossos resultados demonstram que o TAM de animais submetidos à dieta HP apresenta acúmulo de mitocôndrias disfuncionais, acompanhado por reduzida capacidade fosforilativa e termogênica e ainda sugerem que o aumento do conteúdo mitocondrial não depende do incremento de síntese, mas sim da redução da atividade autofágica-lisossomal e da degradação dessas organelas neste tecido.
Título em inglês
Molecular mechanisms involved in the reduction of mitochondrial functionality and autophagy of brown adipose tissue in rats fed a high-protein diet
Palavras-chave em inglês
Autophagy
Brown adipose tissue
High-protein diet
Mitochondria
Mitophagy
Resumo em inglês
Animals submitted to a high-protein, carbohydrate-free diet (HP) are a good experimental model for studying the metabolic adjustments in different physiological situations, as they present interesting characteristics such as maintenance of blood glucose levels and lower drop of hepatic glycogen content during food restriction and high hepatic gluconeogenic activity, even in postprandial conditions. In addition, HP animals have high circulating levels of branched-chain amino acids (BCAA), which appear to be important for many adaptive characteristics they present. The brown adipose tissue (BAT) of these animals has less mass, reduced heat production and reduced NOR turnover. Since BAT is extremely rich in mitochondria, the function and recycling of these organelles are essential for the performance of the tissue. Therefore, the aims of this work were to elucidate the molecular mechanisms involved in the control of thermogenic activity, content and mitochondrial functionality, in addition to autophagic-lysosomal degradation in the BAT of animals fed 30 days with the HP diet. Metabolic and hormonal parameters were measured in order to confirm the animals' adaptation to this diet. Adrenergic signaling pathways, protein content and gene expression of markers of mitochondrial dynamics, thermogenesis, autophagy, mitophagy and insulin signaling pathways were evaluated, in addition to FoxO transcription factors and their target genes. In addition, experiments were conducted to determine the density and mitochondrial functionality of BAT in HP animals. In this work, all metabolic and hormonal parameters using Wistar Hannover rats fed HP diet were shown to be in line with previous adaptation data of Wistar (Ribeirão Preto) rats. The BAT of these animals show a reduction in proteins involved in adrenergic signaling such as EPAC and PKA phosphorylated substrates, in addition to a reduction in the β3 adrenergic receptor mRNA. There was a reduction in the content of UCP1 and AMPK and in the gene expression of PGC1α, Dio2 and UCP1. There was an increase in the protein content of VDAC, Tom20 and in the citrate synthase activity, however there was a reduction in oxygen consumption in all evaluated states. Therefore, adaptation to the HP diet led to a reduction in the main autophagic markers, LC3II and p62, which was confirmed by the reduction in autophagic flow. There was an accumulation of the content of proteins involved with mitophagy, Parkin, PINK1, BNIP3 and reduced mitochondrial autophagic flow. The high-protein diet also promoted a reduction in the protein content of IRS-1 in BAT, increased phosphorylation of Akt in residues Ser473 and Thr308, increased phosphorylation of ERK1 and ERK2 in Thr202 and Tyr204 residues, respectively, and increased protein content of p38. In addition, there was an increase in FoxO1 and FoxO3a phosphorylation in the Ser256 and Ser253 residues, respectively, and reduced the transcription rate of its target gene Gabarap. Taken together our results demonstrated that there is an accumulation of dysfunctional mitochondria in the BAT of animals fed a HP diet with reduced thermogenic and phosphorylative capacity, suggesting that this increase in the mitochondrial content is independent of synthesis, but probably depends on the reduction of the autophagic- lysosomal activity and decrease in the mitochondria degradation.
 
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Data de Publicação
2021-04-20
 
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