Els estrògens com a moduladors de la funció i la biogènesi mitocondrials del fetge. Relació amb l’esteatosi hepàtica i la resistència a la insulina

Abstract

[cat] Estudis previs realitzats pel nostre grup d’investigació han evidenciat l’existència d’un dimorfisme sexual en la funció i la biogènesi mitocondrials al fetge de rata, de manera que les femelles presenten mitocondris més diferenciats, amb major capacitat oxidativa i antioxidant. Tenint en compte aquests antecedents, l’objectiu d’aquesta tesi doctoral ha estat l’estudi del paper dels estrògens en la modulació de la funció i la biogènesi mitocondrials al fetge, fent èmfasi en la seva implicació en la millora de l’esteatosi i de la resistència a la insulina hepàtiques en una situació de lipotoxicitat. Per assolir aquest objectiu s’han utilitzat dos models in vivo amb rates Wistar: ovariectomitzades i suplementades amb 17β-estradiol (E2), i d’ambdós sexes alimentades amb una dieta hiperlipídica (HFD) i tractades amb rosiglitazona (Rsg). Aquests estudis s’han complementat amb experiments in vitro amb hepatòcits HepG2. L’ovariectomia empitjora la funció i la biogènesi mitocondrials, incrementa l’estrès oxidatiu i pertorba el metabolisme lipídic al fetge, alteracions que són restablertes, algunes parcialment, pel tractament dels animals amb E2. Els experiments en hepatòcits HepG2 demostren que l’estimulació de la funció mitocondrial per part de l’E2 té lloc principalment a través del coactivador transcripcional PGC-1β, sent més susceptible a l’entorn hormonal que PGC-1α. Així, es confirma la contribució de l’E2 al dimorfisme sexual en la funció i la biogènesi mitocondrials al fetge, la qual cosa estaria d’acord amb la menor incidència de desordres subjacents a la disfunció mitocondrial que presenta el sexe femení. La rellevància del PGC1β com a mediador dels efectes de l’E2 el converteix en una diana terapèutica potencial enfront dels desordres mitocondrials hepàtics. Les rates femella, en comparació a les mascle, són més resistents als efectes perjudicials d’una HFD; presenten un millor perfil lipídic circulant i un menor grau d’esteatosi hepàtica. En resposta a l’elevada disponibilitat de combustibles lipídics, tant al fetge de les femelles com a les cèl·lules HepG2, es dóna una regulació de l’expressió de gens implicats al metabolisme lipídic, que condueix a la disminució de l’acumulació intracel·lular de lípids. En aquestes circumstàncies, l’activació de l’AMPK hepàtica seria un mecanisme clau en la regulació del metabolisme lipídic per part de l’E2. A més, els efectes de l’E2 estimulant la funció i la biogènesi mitocondrials també es donen a l’hepatòcit en condicions de lipotoxicitat, i s’associen amb una millora de la sensibilitat a la insulina. D’aquesta manera, la reducció de la producció de ROS subjacent a la millora de la funció mitocondrial, provocaria una menor activació de vies inflamatòries com la de JNK, contribuint a la major sensibilitat hepàtica a la insulina observada a les femelles. Per la seva banda, les rates mascle són més sensibles al tractament amb Rsg, probablement com a conseqüència del major grau de disfunció metabòlica al fetge induït pel tractament dietètic. De fet, el tractament amb el fàrmac suposa una millora de la sensibilitat a la insulina i de la funció mitocondrial, i una reducció de l’esteatosi i de l’estrès oxidatiu. No es pot descartar que aquestes accions de la Rsg al fetge es produeixin, almenys en part, per l’activació de la via de l’adiponectina. En conjunt, els resultats d’aquesta tesi doctoral mostren un ampli ventall d’efectes hepatoprotectors de l’E2, associats significativament a la millora de la funció mitocondrial. Aquests efectes de l’hormona són especialment rellevants en un context de lipotoxicitat, ja que eviten la progressió de la disfunció hepàtica. Així mateix, els resultats contribueixen al coneixement de mecanismes moleculars implicats en la diferent prevalença entre sexes de patologies hepàtiques caracteritzades per l’acumulació excessiva de lípids al fetge, i es recolza el manteniment de l’homeòstasi mitocondrial com estratègia terapèutica per tractar aquests desordres.

[spa] Estudios previos realizados por nuestro grupo de investigación han evidenciado la existencia de un dimorfismo sexual en la función y la biogénesis mitocondriales en el hígado de rata, de manera que las hembras presentan mitocondrias más diferenciadas, con mayor capacidad oxidativa y antioxidante. Teniendo en cuenta estos antecedentes, el objetivo de esta tesis doctoral ha sido el estudio del papel de los estrógenos en la modulación de la función y la biogénesis mitocondriales en el hígado, poniendo énfasis en su implicación en la mejora de la esteatosis y de la resistencia a la insulina hepáticas en una situación de lipotoxicidad. Para alcanzar este objetivo se han utilizado dos modelos in vivo con ratas Wistar: ovariectomizadas y suplementadas con 17β-estradiol (E2), y de ambos sexos alimentadas con una dieta hiperlipídica (HFD) y tratadas con rosiglitazona (Rsg). Estos estudios se han complementado con experimentos in vitro con hepatocitos HepG2. La ovariectomía empeora la función y la biogénesis mitocondriales, incrementa el estrés oxidativo y modifica el metabolismo lipídico en el hígado, alteraciones que son restablecidas, algunas parcialmente, por el tratamiento de los animales con E2. Los experimentos en hepatocitos HepG2 demuestran que la estimulación de la función mitocondrial por parte del E2 tiene lugar principalmente a través del coactivador transcripcional PGC-1β, siendo más susceptible al entorno hormonal que PGC-1α. Así, se confirma la contribución del E2 al dimorfismo sexual en la función y la biogénesis mitocondriales en el hígado, de acuerdo con la menor incidencia de desórdenes subyacentes a la disfunción mitocondrial que presenta el sexo femenino. La relevancia de PGC-1β como mediador de los efectos del E2 lo convierte en una diana terapéutica potencial frente a los desórdenes mitocondriales hepáticos. Las ratas hembra, en comparación a las macho, son más resistentes a los efectos perjudiciales de una HFD; presentan un mejor perfil lipídico circulante y un menor grado de esteatosis hepática. En respuesta a la elevada disponibilidad de combustibles lipídicos, tanto en el hígado de las hembras como en las células HepG2, se da una regulación de la expresión de genes implicados en el metabolismo lipídico, que conduce a la disminución de la acumulación intracelular de lípidos. En estas circunstancias, la activación de la AMPK hepática sería un mecanismo clave en la regulación del metabolismo lipídico por parte del E2. Además, los efectos del E2 estimulando la función y la biogénesis mitocondriales también ocurren en el hepatocito en condiciones de lipotoxicidad, y se asocian con la mejora de la sensibilidad a la insulina. De esta manera, la reducción de la producción de ROS subyacente a la mejora de la función mitocondrial, provocaría una menor activación de vías inflamatorias como la de JNK, contribuyendo a la mayor sensibilidad hepática a la insulina observada en las hembras. Por su parte, las ratas macho son más sensibles al tratamiento con Rsg, probablemente como consecuencia del mayor grado de disfunción metabólica en el hígado inducido por la HFD. De hecho, el tratamiento con el fármaco supone una mejora de la sensibilidad a la insulina y de la función mitocondrial, y una reducción de la esteatosis y del estrés oxidativo. No se descarta que estas acciones de la Rsg en el hígado se produzcan, al menos en parte, por la activación de la vía de la adiponectina. En conjunto, los resultados de esta tesis doctoral muestran un amplio abanico de efectos hepatoprotectores del E2, asociados significativamente a la mejora de la función mitocondrial. Estos efectos de la hormona son especialmente relevantes en un contexto de lipotoxicidad, ya que evitan la progresión de la disfunción hepática. Asimismo, los resultados contribuyen al conocimiento de mecanismos moleculares implicados en la diferente prevalencia entre sexos de patologías hepáticas caracterizadas por la acumulación excesiva de lípidos en el hígado, y se refuerza el mantenimiento de la homeostasis mitocondrial como estrategia terapéutica para tratar estos desórdenes.

[eng] Previous studies performed in our research group revealed the existence of sexual dimorphism in mitochondrial function and biogenesis in rat liver; such that females exhibit more differentiated mitochondria, with greater oxidative and antioxidant capacities. In the light of this background, the aim of this doctoral thesis was to study the role of estrogens in mitochondrial function and biogenesis modulation in liver, and particularly their contribution to the improvement of steatosis and insulin resistance in liver in a lipotoxic environment. To achieve these purposes, two in vivo Wistar rat models were used: ovariectomized and supplemented with 17βestradiol (E2); and both sexes fed a high-fat diet (HFD) and treated with rosiglitazone (Rsg). These studies were complemented by in vitro experiments in HepG2 hepatocytes. Ovariectomy impairs mitochondrial function and biogenesis, increases oxidative stress, and modifies lipid metabolism in liver, but these alterations are counteracted, some partially, by E2 treatment. Experiments in HepG2 hepatocytes show that the stimulation of mitochondrial function by E2 takes place mainly within transcriptional coactivator PGC-1β, which is more likely to respond to the hormonal milieu than PGC-1α. Therefore, the contribution of E2 to sexual dimorphism in mitochondrial function and biogenesis in liver is confirmed, in accordance with a lower incidence of disorders related to mitochondrial dysfunction in the female sex. The importance of PGC-1β as a mediator of E2 effects makes it a potential therapeutic target to treat hepatic mitochondrial disorders. Female rats, in comparison with male rats, are more resistant to the harmful effects of HFD feeding, as this sex shows a better serum lipid profile and lower hepatic steatosis. In response to increased lipid fuel availability, in both the liver of females and HepG2 cells, a regulation in the expression of genes involved in the lipid metabolism is found, which leads to a decrease in intracellular lipid accumulation. Under such circumstances, hepatic AMPK activation may be a key mechanism in lipid metabolism regulation by E2. Moreover, E2 effects potentiating mitochondrial function and biogenesis also take place in a lipotoxic situation, and are associated with improved insulin sensitivity. In this way, decreased ROS production induced by improved mitochondrial function may reduce activation of inflammatory pathways such as JNK, leading to the enhanced insulin hepatic sensitivity reported in female rats. On the other hand, male rats are more sensitive to Rsg treatment, probably as a consequence of the greater degree of metabolic dysfunction induced in liver by the HFD. In fact, drug treatment leads to an improvement in both insulin sensitivity and mitochondrial function, and a reduction in both steatosis and oxidative stress. The effects of Rsg in liver, at least in part, through activation of the adiponectin pathway, cannot be ruled out. On the whole, the results of this doctoral thesis reveal a widespread protective role of E2 in hepatocytes, which is significantly associated to improved mitochondrial function. These hormonal effects are particularly relevant in a lipotoxic context to avoid progression of hepatic dysfunction. Furthermore, the results contribute to understanding the molecular mechanisms involved in the different prevalence of hepatic pathologies between sexes, characterized by excessive lipid accumulation in liver; and support the maintenance of mitochondrial homeostasis as a therapeutic strategy to treat these disorders.