Estudo dos efeitos da insulina, leucina e dieta hiperlipídica sobre a fisiologia mitocondrial do músculo esquelético

Abstract

As mitocôndrias são capazes de responder a estímulos hormonais, metabólicos e nutricionais nas células, modulando sua função de diversas formas. Manipulações na dieta são capazes de modular a homeostase da glicose em modelos animais, sendo que a maioria apresenta também efeitos sobre a fisiologia mitocondrial. O objetivo deste trabalho foi investigar detalhadamente a resposta mitocondrial durante o desenvolvimento da resistência à insulina associada à obesidade, os efeitos agudos da insulina e da leucina sobre a função mitocondrial e os efeitos crônicos da leucina em um modelo de alteração na respiração mitocondrial causada por dieta hiperlipídica. Inicialmente, camundongos foram tratados com high-fat diet (HFD) por 7, 14 e 28 dias. Após 7 dias de tratamento, os camundongos apresentaram intolerância à glicose e hiperinsulinemia de jejum. Contudo, redução no conteúdo de glicogênio pós-estimulação por glicose/insulina e redução na ação sistêmica da insulina surgiram com 14 e 28 dias de tratamento, respectivamente. Houve redução da respiração mitocondrial no músculo sóleo e insensibilidade mitocondrial à insulina em todos os períodos observados. Após 7 e 14 dias de HFD, as mitocôndrias apresentaram menor emissão de H2O2 no estado 2, enquanto que com 28 dias de HFD, essa redução deixou de existir. Os efeitos in vivo da insulina (duas injeções agudas 3 U/kg) foram testados em camundongos alimentados com dieta padrão e com HFD por 8 semanas. A insulina aumentou o consumo máximo de O2 e a sensibilidade aparente ao ADP no grupo controle. Contudo, nos camundongos que consumiram HFD, apenas os efeitos da insulina sobre a sensibilidade ao ADP foram mantidos. Além disso, a insulina agudamente aumentou a habilidade do ADP em suprimir a emissão mitocondrial de H2O2 no grupo que consumiu HFD, mas não no grupo controle. Por fim, o sóleo de camundongos controle foi incubado com leucina (5 mM por 1 hora). A leucina agudamente aumentou o consumo máximo de O2. O tratamento crônico com leucina (2,5% na água de beber) em camundongos com RI induzida por HFD foi capaz de melhorar a homeostase da glicose. Além disso, as mitocôndrias do sóleo dos camundongos tratados com leucina aumentaram a respiração no estado 3, a taxa de acoplamento mitocondrial e a área mitocondrial no subcompartimento intermiofibrilar. Assim, é possível concluir que as mitocôndrias do músculo esquelético apresentam plasticidade durante o desenvolvimento da RI e são responsivas à insulina e leucina de forma aguda, o que reforça a complexidade dessa organela na resistência à insulina.<br>

Abstract: Mitochondria can respond to hormone, metabolic and nutritional stimulation, having itsfunction modulated in several ways. Dietetic manipulations can modulate glucosehomeostasis in animal models, and most of these studies also show effects on mitochondrial physiology. The aim of this work was to investigate the mitochondrial response during the development of insulin resistance related to obesity. Also, we aimedto investigate acute insulin and leucine effects on the mitochondrial function, and theeffects of leucine in a model of alteration in mitochondrial respiration caused by overnutrition. First, mice were treated with high-fat diet (HFD) for 7, 14 or 28 days. With7 days of HFD, animals presented glucose intolerance and fasting hyperinsulinemia.However, they present a decrease in muscle glycogen content, after stimulation byglucose/insulin, and a reduction in insulin action appeared with 14 and 28 days oftreatment, respectively. There was a reduction of soleus muscle mitochondrial respirationand mitochondrial insulin insensitivity in all time points. After 7 and 14 days of HFDfeedin, mitochondria showed less H2O2 emission in state 2, otherwise, with 28 days ofHFD, this reduction was not detectable. The in vivo insulin effects (two injections of 3U/kg) were tested in mice fed with control and high-fat diet for 8 weeks. Insulin increased maximal O2 consumption and ADP apparent sensitivity in the control group. However, HFD-fed mice presented only an increase in ADP sensitivity after insulin injections.Additionally, insulin increased the ability of ADP to suppress mitochondrial H2O2 emission in the HFD-fed group but not in the control group. Afterward, soleus fromcontrol mice was incubated with leucine (5 mM for 1h). Acute exposition to leucine wasable to increase O2 flux linked to complex II and oxidative phosphorylation, with no alteration in respiratory control rate (RCR). Furthermore, chronic ingestion of leucine (2.5% in drinking water) in HFD-fed mice was able to improve glucose tolerance andinsulin responsivity. Besides that, mitochondria from soleus of diet-induced obesity mice treated with leucine increased respiration in state 3, RCR, and ntermyofibrillar area. Thus, it is possible to conclude that mitochondria of skeletal muscle present plasticity during the development of IR and are responsive to insulin and leucine acutely. These data reinforce the complexity of mitochondria in IR scenarios