Parti 2: Verbascoside Jipproteġi ċ-Ċelloli tal-β pankreatiċi Kontra l-Istress ER
Mar 05, 2022
Kuntatt: Audrey Hu Whatsapp / hp: 0086 13880143964 Email:audrey.hu@wecistanche.com
Alessandra Galli 1,+, Paola Marciani 1,+, Algerta Marku 1, Silvia Ghislanzoni 1, Federico Bertuzzi 2, Rafaella Rossi 3, Alessia Di Giancamillo 3, Michela Castagna 1 u Carla Perego 1,*
Pls Ikklikkja hawn lura għall-Parti 1
3.4 Verbascoside Jimmula l-Attività Mitokondrijali u d-Dinamika taċ-Ċelloli β
L-assaġġi tal-vijabbiltà tal-MTT jissuġġerixxu impatt possibbli ta'verbascosidedirettament fuq mitokondrija li tiżgura l- akkoppjar ta ' sekrezzjoni ta ' l- insulina ma ' l- istat nutrizzjonali u s- sopravivenza taċ- ċellula f' dan it- tip ta ' ċellula. Il-potenzjal tal-forma u tal-membrana huma markaturi tas-saħħa mitokondrijali [42]. L-ewwel evalwajna l-potenzjal tal-membrana mitokondrijali billi ttikkjajna ċ-ċelloli b'MitoSpyw Orange CMTMRos, żebgħa permeabbli li l-konċentrazzjoni tagħha tiddependi fuq il-potenzjal tal-membrana mitokondrijali ta 'ġewwa, filwaqt li MitoSpyw Green FM intuża biex jinnormalizza d-dejta għall-massa mitokondrijali (Figura 4A, B). Il-potenzjal tal-membrana tal-mitokondrija fil-verbascoside-ċelloli kkurati żdiedu b'mod speċjali meta mqabbel mal-kontroll kemm fil-kundizzjonijiet bażali kif ukoll f'dawk ta' stress. Interessanti,verbascosideil- metaboliti eżerċitaw effetti differenti. L-aċidu cafe ma tejjebx il-potenzjal mitokondrijali, filwaqt li l-idrossityrosol ikkawża indeboliment dipendenti fuq id-doża tal-funzjoni mitokondrijali, bi qbil mad-dejta dwar il-vijabbiltà taċ-ċelloli, effett bħal dan kien aktar evidenti wara l-esponiment ta' H2O2 (Figura S3).
Peress li l-funzjoni hija strettament relatata mal-morfoloġija, aħna kejjel id-dijametru, iż-żona u ċ-ċirkolarità tal-Mitokondrija tal-Feret. Stress ossidattiv akut jippromwovi fissjoni mitokondrijali estensiva, u b'hekk jirriżulta f'mitokondrija iżgħar u ċirkolari [42]. F'kundizzjonijiet ta' stress tal-H2O2, il-mitokondrija taċ-ċelloli ttrattati bil-verbascoside kienu aktar tawwalija u wrew wiċċ miżjud minn dawk ta' kontroll (il-Figura 4C, D u l-Figura S4). Iċ-ċirkolarità mitokondrijali kienet aktar baxxa fiċ-ċelloli ttrattati b'verbascoside milli fil-kontrolli u d-differenzi kienu aktar evidenti fiċ-ċelloli ttrattati bl-H2O2 (Figura S3), u għal darb'oħra kkonfermat ir-rwol protettiv tal-polifenol.
Il-kapaċità ta' dawn l-organelles li jimmodifikaw il-forma tagħhom b'reazzjoni għal stati nutrizzjonali jew kundizzjonijiet stressanti hija taħt il-kontroll ta' avvenimenti ta' fużjoni u fissjoni u teħtieġ motility mitokondrijali [39]. It-traċċar tal-movimenti tal-mitokondrija wassalna biex nikkalkulaw id-distanza kumulattiva vvjaġġata u l-analiżi żvelat żieda sinifikanti fid-dinamika tal-mitokondrija fiċ-ċelloli ttrattati bil-verbascoside meta mqabbla mal-kontroll, diġà f'kundizzjonijiet bażali (Figura 4E, F u Vidjows S1-S4). L-effett kien aktar evidenti wara t-trattament H2O2, tabilħaqq il-pretrattament verbascoside kważi reġa 'lura kompletament l-impatt tal-istress ossidattiv fuq id-dinamika mitokondrijali.
Meħuda flimkien din id-dejta tappoġġa bil-qawwa rwol ewlieni tal-verbascoside fl-iżgurar tad-dinamika tal-mitokondrija li hija kruċjali biex jiġi promoss l-adattament rapidu ta' dan l-organelle għall-kundizzjonijiet tal-istress.
3.5 Impatt Verbascoside fuq is-Sopravivenza u l-Funzjoni tal-Bniedem tal-Langerhans
Meta wieħed iqis il-potenzjal traslazzjonali ta 'verbascosideapplikazzjoni fis-saħħa tal-bniedem, aħna vverifikajna l-impatt tagħha fuq gżejjer iżolati umani ta 'Langerhans, mudell aktar rilevanti għal studji fiżjoloġiċi u farmakoloġiċi fuq ċelloli β. Islets iżolati ġew ittrattati b'verbascoside ta '16 uM għal 5 ijiem u l-potenzjal tal-membrana mitokondrijali ġie evalwat. Kif irrappurtat fil- Figura 5A, filwaqt li l- potenzjal ta ' organelle ġie kompromess fil- kontroll ta ' sustanzi li jkunu fil- bniedem wara espożizzjoni ta ' H2O2, il- potenzjal tal- membrana ta ' ġewwa tal- mitokondrija f' islets ittrattati minn qabel verbascoside ma naqasx b' mod sinifikanti, u appoġġa l- ipoteżi ta ' rwol protettiv ta ' verbascoside kontra disfunzjoni taċ- ċellula tal- β ikkaġunata minn ROS. L-analiżi tal-espressjoni tal-markaturi tal-istress ER uriet tnaqqis importanti tal-frazzjoni P-eIF2α fiż-żewġ preparazzjonijiet distinti tal-islet miżmuma f'verbascoside ta' 16-il uM, li jikkonfermaw ir-regolamentazzjoni negattiva ta' din il-mogħdija wkoll fil-kampjuni umani (il-Figura 5D). L- effetti benefiċi tat- trattament bil- polifenol kienu kkorroborati miż- żieda fil- kontenut ta ' insulina osservata f' islets ittrattati b' verbascoside meta mqabbla mal- kontrolli (Figura 5B). Id- dispersjoni tad- dejta fl- esperimenti tagħna ma ppermettietx li turi xi differenza sinifikanti ta ' sekrezzjoni ta ' l- insulina stimulata mill- glucose (GSIS) f' islets ittrattati b' verbascoside, għalkemm tendenza pożittiva tidher apparenti kemm taħt kundizzjonijiet bażali kif ukoll ta ' stress (Figura 5C).
4. Diskussjoni
L-istress u l-infjammazzjoni ossidattivi huma l-bażi ta' disfunzjoni taċ-ċelloli β li jseħħu matul it-T2D [43,44] bħala tali, ikel funzjonali, nutraċewtiċi, u fitokimiċi ġew investigati bħala għodod biex jipprevjenu d-dijabete tat-tip 2 [45]. F'dan ix-xogħol, aħna ffukajna fuq verbascoside, li huwa magħruf li jeżerċita attivitajiet anti-infjammatorji u anti-ossidanti fin-newroni [18]. Minkejja l-kumplessità strutturali għolja, verbascoside u isoverbascoside instabu fil-plażma tad-demm tal-firien mitmugħa bl-estratt ta' Lippia citriodora flimkien ma' xi metaboliti [20]. Barra minn hekk, l-akkumulazzjoni taċ-ċelloli ta 'verbascoside u hija verbascoside ġiet osservata f'linja taċ-ċelloli tal-kanċer tas-sider SKBR3 [23] u studji mwettqa fuq iċ-ċelloli Caco-2 juru li ammonti moderati ta' verbascoside u isoverbascoside jibqgħu intatti u bijoaċċessibbli wara proċess diġestiv in vitro. Barra minn hekk, Caco-2 jista 'jreġġa' ż-żewġ molekuli permezz ta 'trasport rapidu u lineari f'firxa ta' 10 sa 100 uM [22]. Ma ġiet irrappurtata l- ebda dejta dwar il- bijodisponibilità verbascoside fil- bnedmin, u madankollu l- istudji msemmija hawn fuq jissuġġerixxu li jista ' jkun fattibbli li verbascoside mhux metabolizzat jaqsam il- barriera intestinali, jiċċirkola fil- plażma tad- demm, u jeżerċita effetti antiossidanti fuq ċelloli β endokrinali tal- frixa.
Sibna rwol protettiv ta' verbascoside dipendenti fuq id-doża (0.8–16 uM) ta' verbascoside fuq iċ-ċelloli β kloniċi u umani, kemm taħt kundizzjonijiet bażali kif ukoll taħt kundizzjonijiet ta' stress. Dan l- effett huwa dovut għal verbascoside innifsu u mhux għall- metaboliti tiegħu caffein acid u hydroxytyrosol, li fil- fatt jidhru ċitotossiċi fil- konċentrazzjoni ta ' 16 uM. Il-konċentrazzjonijiet ippruvati attivi fl-esperimenti tagħna huma konformi ma 'dawk deskritti f'annimali mitmugħa b'verbascoside [20].
Għalkemm ma nafux jekk verbascoside jaġixxix ekstraċellulari billi jorbot ma 'riċettur tal-membrana jew huwiex internalizzat mill-endoċitożi u jaħdem fiċ-ċelloli, id-dejta tagħna tikkonferma li verbascoside għandu proprjetajiet antiossidanti u anti-infjammatorji, u jipproteġi ċ-ċelloli β kontra disfunzjonijiet assoċjati ma' stress ER billi jnaqqas l-UPR u jippromwovi d-dinamika mitokondrijali.
Tabilħaqq, aħna skoprejna tnaqqis sinifikanti fil-kontenut ta 'ROS f'ċelloli ttrattati bil-verbascoside li huwa kkonfermat aktar bit-tnaqqis tal-perossidazzjoni tal-lipidi mkejla permezz ta' espressjonijiet HNE u acrolein. B'differenza mill-biċċa l-kbira tal-polifenoli tal-pjanti, l-attività ta' scavenging verbascoside ROS issegwi prinċipalment indiretti (permezz ta' regolamentazzjoni ta' enzimi li jneħħu l-enzimi ros) aktar milli mogħdijiet diretti. Fil-fatt, iżżid it-traskrizzjoni tal-ġeni ta'xi enżimi antiossidanti permezz tal-attivazzjoni tal-passaġġ Nrf2 (fattur 2 relatat mal-NF-E2) u permezz ta' mekkaniżmu dipendenti fuq AhR (riċettur tal-idrokarburi aryl) [24,29]. Bħala tali, sibna espressjoni akbar ta 'SOD1 f'ċelloli ttrattati b'verbascoside.
L-omeostażi ROS hija estremament rilevanti fil-patoloġija taċ-ċelloli β. Minħabba n-nuqqas ta 'enzimi antiossidanti, produzzjoni elevata ta' ROS ma tistax tiġi newtralizzata u l-istress ER li jippromwovi żvoltaċ tal-proteina jiġi indott. L-istress tal-ER iwassal għal tnaqqis fit-traskrizzjoni u t-traduzzjoni tal-insulina permezz tal-attivazzjoni tal-UPR [44,46]. Din il-mogħdija għandha l-iskop ewlieni li tirkupra l-funzjoni ER permezz tar-riprogrammazzjoni tal-espressjoni tal-ġeni, madankollu, meta tiġi stmata żżejjed, tikkawża apoptożi. Id-dejta tagħna tissuġġerixxi li azzjoni importanti tal-verbascoside hija li ttaffi l-EPU, li tippermetti l-modifiki meħtieġa biex tissewwa disfunzjoni ER, mingħajr ma tikkawża apoptożi. Skont din il-possibbiltà, l-espressjoni tal-proteini BIP, HSP70 u PERK tnaqqset f'ċelloli β ttrattati b'verbascoside, u l-attivazzjoni tal-mogħdija PERK ġiet attenwata b'reazzjoni għall-istress ER ikkawżat minn tunicamycin. Azzjoni simili kienet irrappurtata għat- tyrosol fil- linja taċ- ċelluli insulinoma NIT- 1 [47].
Partikolarment interessanti hija l-abbiltà tal-verbascoside li jimmodula l-attivazzjoni tal-fergħa PERK tal-UPR. Fiċ-ċelloli β din il-mogħdija hija meħtieġa biex iżżomm l-omeostażi sigrieta bażali u s-sopravivenza taċ-ċelloli β, u hija deregolata severament fid-dijabete [41,48]. Varjanti komuni aktar intriganti fil-PERK jikkontribwixxu għar-riskju ta 'predijabetiċi u mutazzjonijiet reċessivi fil-ġene EIF2AK3 (perK tal-kodifikazzjoni) taħt is-suxxettibilità ta' taħt għas-sindromu Wolcott-Rallison ikkaratterizzat minn dijabete permanenti dipendenti fuq l- insulina neonatali [49,50].
Ir-regolamentazzjoni tad-deklassifikazzjoni tal-passaġġ infjammatorju IKBα-NFKB instabet ukoll fis-sistema tagħna fil-preżenza ta 'verbascoside. NFKB jirrappreżenta l-mogħdija infjammatorja ewlenija fiċ-ċelloli β u l-attivazzjoni sostnuta tiegħu tibda kaskata ta 'avvenimenti li jwasslu għall-mewt taċ-ċellula β. F'β-ċelloli enfasizzati, it-tnaqqis tal-espressjoni NFKB jipproteġi ċ-ċelloli β tal-frixa minn aġenti dijabetoġeniċi [27,51], u jkompli jappoġġja l-applikazzjoni verbascoside fil-prevenzjoni tad-dijabete. Interessanti, is-sinjalar PERK jattiva l-fatturi ta 'traskrizzjoni NFR2 (implikati fl-omeostażi redox) u NFKB, u b'hekk jispjega l-effetti anti-ossidanti u anti-infjammatorji tal-verbascoside [40,52].
Id-dejta tagħna tiżvela wkoll rwol importanti ta 'verbascoside fuq l-attività mitokondrijali u d-dinamika.
Il-markatur tal-kwalità operattiva mitokondrijali huwa d-dinamika tagħhom, proċess ikkaratterizzat minn ċikli koordinati ta' avvenimenti ta' fużjoni u fissjoni li jirregolaw in-numru mitokondrijali, id-distribuzzjoni, il-morfoloġija u l-potenzjal tal-membrana [39]. F'konformità ma 'din il-possibbiltà, verbascoside itejjeb il-potenzjal tal-membrana mitokondrijali βtc3 kemm taħt kundizzjonijiet bażali kif ukoll taħt kundizzjonijiet ta' stress. Għal darb'oħra, l-effett huwa dovut għal verbascoside u mhux għall-metaboliti tiegħu, peress li caffeine acid ma jtejjebx il-funzjoni mitokondrijali u hydroxytyrosol inaqqas b'mod sinifikanti l-potenzjal ta ' organelle. Dinamiċi mitokondrijali miżjuda u bidliet fil-morfoloġija tagħhom ġew osservati billi ġew osservati movimenti mitokondrijali, u b'hekk jissuġġerixxu li verbascoside jippromwovi programm mito-morfosi. It-tiswir mill-ġdid tan-netwerk mitokondrijali ċellulari jinfetta l-assemblaġġ tas-super-kumplessi tal-katina respiratorja, u b'hekk ibiddel mhux biss il-metaboliżmu taċ-ċelloli iżda wkoll l-istat redox tiegħu u jippermetti liċ-ċelloli jikkontrobattu aħjar l-istress u l-infjammazzjoni ossidattivi [5,37,39].
Għalkemm il-mekkaniżmu molekulari għadu mhux magħruf, nistgħu ipotizzaw dak il-verbascoside, bħala polifenoli oħra, jipproteġi d-DNA mitokondrijali billi jnaqqas il-konċentrazzjoni ta 'ROS [53] u jipprevjeni l-ftuħ ta' pori ta 'tranżizzjoni tal-permeabilità mitokondrijali [54], li jiżgura l-attività mitokondrijali fiżjoloġika. Possibbiltà intriganti oħra hija li l-modifika tad-dinamika u l-attività tal-mitokondrija hija għal darb'oħra medjata mill-azzjoni ta 'verbascoside fuq l-EPU. Tabilħaqq, riċerka reċenti fil-qasam mitokondrijali tindika li s-siti tal-interazzjoni ER-mitokondrija għandhom rwol ewlieni fil-kontroll tad-dinamika u l-attività mitokondrijali b'reazzjoni għall-istress ossidattiv u l-PERK huwa involut fil-fenomenu [55]. Il-biċċa l-kbira tal-istudji in vitro bil-polifenoli saru f'linji taċ-ċelloli, ħafna drabi ta 'oriġini tumorali, li hija differenti miċ-ċelloli oriġinali f'termini ta' metaboliżmu u produzzjoni ta 'ROS. Hawnhekk nipprovdu evidenza li verbascoside jeżerċita effett protettiv ukoll fuq gżejjer iżolati umani ta 'Langerhans, il-mira finali ta' intervent fid-dijabete. Interessanti, il-polifenol itaffi l-attivazzjoni tas-sinjalar PERK diġà taħt kundizzjonijiet bażali, u b'hekk iżid il-kontenut tal-insulina u jipprevjeni disfunzjonijiet mitokondrijali ossidattivi medjati mill-istress. Għad irid jiġi spjegat jekk il-polifenol fett fuq il-kontenut tal-insulina jirriflettix il-kapaċità tal-kompost li jipprevjeni l-mewt taċ-ċelloli β, li jtaffi l-istress tal-ER jew li jikkontrolla direttament l-espressjoni tal-ġene tal-insulina, kif muri għal komposti polifenoliċi oħra [56]. Din id- dejta hija partikolarment rilevanti meta wieħed iqis l- użu possibbli ta ' verbascoside bħala terapija komplementari fit- trattament tad- dijabete.
5. Konklużjonijiet
L-istudji in vitro rrappurtati hawn fuq il-β-ċelloli kloniċi u umani jindikaw li verbascoside jeżerċita effetti protettivi kontra disfunzjonijiet assoċjati mal-istress ER, itaffi l-attivazzjoni tal-fergħa PERK tal-UPR u jtejjeb id-dinamika tal-mitokondrija. Peress li t-tfixkil tal-omeostażi tal-ER jikkawża ħsara u dijabete taċ-ċelloli β, din id-dejta tipprovdi raġuni għall-użu possibbli tal-verbascoside bħala nutraceutical fil-prevenzjoni u t-trattament tal-mard. Madankollu, ħafna kwistjonijiet jeħtieġ li jiġu solvuti għal applikazzjoni klinika effettiva ta 'verbascoside. Minkejja l-ġid ta 'studji tal-laboratorju, studji kliniċi affidabbli li jikkonfermaw l-effetti fuq is-saħħa ta' verbascoside in vivo huma limitati. Barra minn hekk, iż-żieda fl-istabbiltà u l-bijodisponibilità tagħha hija obbligatorja għall-applikazzjoni futura ta' dan il-kompost fis-saħħa tal-bniedem. Minn dan il-punt, verbascoside hija molekula interessanti minħabba li l-armar tagħha għandu siti reattivi differenti li jistgħu jiġu modifikati permezz ta 'kimika kkombinata. Nistennew li l-informazzjoni li tirriżulta minn dawn l-istudji tiftaħ toroq għall-modulazzjoni terapewtika ta 'stress ossidattiv u infjammazzjoni f'kundizzjonijiet patoloġiċi bl-użu ta' komposti naturali.
Materjali Supplimentari: Dawn li ġejjin huma disponibbli online fl-http://www.mdpi.com/2227-9059/8/12/582/s1. Figura S1: Effetti ta 'aċidu kaffeina u hydroxytyrosol fuq il-vijabbiltà taċ-ċellula β. Figura S2: Effetti ta 'verbascoside fuq l-istress ER ikkawżat minn tunicamycin. Figura S3: Efects ta 'aċidu kaffeina u hydroxytyrosol fuq il-potenzjal tal-membrana mitokondrijali. Figura S4: Analiżi kwantitattiva tal-immaġni ta' mitokondrija f'ċelloli kkurati b'caffein acid u hydroxytyrosol. Vidjow S1, S2 Vidjows: Dinamika mitokondrija rreġistrata taħt kundizzjonijiet bażali, fin-nuqqas (S1) jew preżenza (S2) ta 'verbascoside. Video S3, S4: Id-dinamika mitokondrija rreġistrata taħt kundizzjonijiet ta 'stress ossidattivi, fin-nuqqas (S3) jew preżenza (S4) ta' verbascoside.
Kontribuzzjonijiet tal-Awtur: Kunċettwalizzazzjoni, A.G., P.M. u C.P.; kurazzjoni tad-dejta, A.G. u P.M.; analiżi formali, A.G. u P.M.; akkwist ta' finanzjament, C.P.; investigazzjoni, M.C.; metodoloġija, A.M. u S.G.; riżorsi, F.B., R.R. u A.D.G.; superviżjoni, C.P.; validazzjoni, A.M., S.G. u M.C.; viżwalizzazzjoni, A.G. u A.M.; kitba—abbozz oriġinali, A.G.; kitba — reviżjoni u editjar, PM, A.M., F.B., R.R., A.D.G., M.C. u C.P. L-awturi kollha qraw u qablu mal-verżjoni ppubblikata tal-manuskritt.
Finanzjament: Din ir-riċerka ma rċeviet l-ebda finanzjament estern.
Rikonoxximenti: Nixtiequ nirringrazzjaw lil Carlo Korino u Mario Dell'Agli għar-reaġenti u diskussjoni utli.
Kunflitti ta 'Interess: L-awturi ma jiddikjaraw l-ebda kunflitt ta' interess.
Referenzi
1. Cho, N.H.; Shaw, J.E.; Karuranga, S.; Huang, Y.; da Rocha Fernandes, JD; Ohlrogge, A.W.; Malanda, B. IDF Diabetes Atlas: Stimi globali tal-prevalenza tad-dijabete għall-2017 u projezzjonijiet għall-2045. Dijabete Res. Clin. Pract. 2018, 138, 271–281. [CrossRef]
2. Leslie, R.D.; Palmer, J.; Schlott, N.C.; Lernmark, A. Dijabete fil-salib it-toroq: Rilevanza tal-klassifikazzjoni tal-mard għall-patofiżjoloġija u t-trattament. Diabetologia 2016, 59, 13–20. [CrossRef] [PubMed]
3. Tokarz, V.L.; MacDonald, PJ; Klip, A. Il- bijoloġija taċ- ċelluli tal- funzjoni sistemika ta ' l- insulina. J. Ċellula Biol. 2018, 217, 2273–2289. [CrossRef] [PubMed]
4. Perego, C.; Da Dalt, L.; Pirillo, A.; Galli, A.; Catapano, A.L.; Norata, metaboliżmu tal-kolesterol G.D., funzjoni taċ-ċellula tal-β pankreatika u dijabete. Biochim. et Bijofiżiċi. Acta (BBA) Mol. Basis Dis. 2019, 1865, 2149–2156. [CrossRef] [PubMed]
5. Galli, A.; Alġerija, M.; Marciani, P.; Schulte, C.; Leonardi, C.; Milani, P.; Mafoli, E.; Tedeschi, G.; Perego, C. It-Tiswir tad-Differenzjazzjoni u l-Funzjonament tal-Β taċ-Ċelloli tal-Frixa: L-Influwenza tal-Mekkanika. Ċelloli 2020, 9, 413. [CrossRef]
6. Ashcroft, F.M.; Rorsman, P. Dijabete Mellitus u ċ-Ċellula β: L-Aħħar Għaxar Snin. Ċellula 2012, 148, 1160–1171. [CrossRef] [PubMed]
7. Rosengren, A.H.; Braun, M.; Mahdi, T.; Andersson, S.A.; Travers, M.E.; Shigeto, M.; Zhang, E.; Almgren, P.; Ladenvall, C.; Axelsson, A.S.; et al. Exocytosis mnaqqsa ta 'l-Insulina fil-Pankreatika Umana -Ċelloli B'Varjanti tal-Ġeni Marbuta mad-Dijabete tat-Tip 2. Id-Dijabete 2012, 61, 1726–1733. [CrossRef] [PubMed]
8. Polonsky, DC Dynamics of insulin sekrezzjoni fl-obeżità u d-dijabete. Int J. Obes. 2000, 24, S29–S31. [CrossRef]
9. Roden, M.; Shulman, G.I. Il-bijoloġija integrattiva tad-dijabete tat-tip 2. Natura 2019, 576, 51–60. [CrossRef]
