Título :	Efecto diferencial de ácidos grasos y carbohidratos sobre el estrés oxidativo y función mitocondrial en una línea celular de hipotálamo
Autor(es):	Itzel Perez Ayala
Palabras clave:	Hipotálamo Carbohidratos Ácidos grasos Estrés oxidativo Mitocondria Hypothalamus Carbohydrates Fatty acids Oxidative stress Mitochondria
Área:	BIOLOGÍA Y QUÍMICA
Fecha de publicación :	14-ene-2019
Facultad:	Facultad de Química
Programa académico:	Maestría en Ciencia y Tecnología de Alimentos
Resumen:	La homeostasis energética implica, principalmente, el control de la ingesta de alimentos y el gasto calórico, regulados por interacciones bidireccionales entre el sistema nervioso central y órganos periféricos, donde el hipotálamo es una estructura clave del cerebro en esta interacción, regulando la homeostasis energética. Sin embargo, bajo un balance energético positivo, por ejemplo, durante el consumo descontrolado de carbohidratos y lípidos, el hipotálamo puede ser un blanco de toxicidad que lleve a la generación del estrés oxidativo y la disfunción mitocondrial neuronal, característicos de estados patológicos como la obesidad. No obstante, se desconoce el papel de la sobrecarga de nutrientes selectiva en la homeostasis de energía. En este proyecto se estudió el efecto del aumento de carbohidratos y ácidos grasos, como glucosa (GLU; 15, 35 y 55 mM), fructosa (FRU; 15, 35 y 55 mM), ácido palmítico (AP; 0.15, 0.20 y 0.25 mM) y ácido oleico (AO; 0.15, 0.35 y 0.55 mM), sobre el estrés oxidativo y la función mitocondrial en una línea celular hipotalámica (mHypoA-CLU192). El estado oxidativo se evaluó mediante el análisis de marcadores de sistemas antioxidantes como el glutatión (GSH), donde se observó un aumento del 50-80% a partir de las dos concentraciones más bajas de FRU y la más alta de GLU, AP y AO. De manera similar, la actividad de la enzima glutatión peroxidasa (GPX) aumentó entre 70-100% bajo la suplementación más alta de GLU, FRU y AP; mientras que, la liberación de peróxido de hidrógeno (H2O2) no mostró variaciones significativas. Se observó un efecto citotóxico a altas concentraciones de FRU y AP, en tanto que no se presentaron cambios en la viabilidad celular a ninguna concentración de GLU. Se observó que el AO ejerce un efecto citoprotector independiente de la concentración. Finalmente, la función mitocondrial se evaluó a través de la relación ADP/ATP y la tasa de consumo de oxígeno. Se encontró una disminución significativa de 60-70% y 30% de ATP después de la estimulación de carbohidratos y ácidos grasos, respectivamente. Además, se corroboró que bajo la estimulación con GLU y FRU se inhibe la respiración mitocondrial, para ambos complejos de alimentación evaluados (I y II) de la cadena transportadora de electrones. Mientras que el AP y AO muestran este efecto únicamente para la ruta alimentada al complejo I. Con base en estos resultados, la sobrecarga de GLU, FRU, AP y AO juega un papel significativo en la activación del estrés oxidativo en las células cerebrales; además se observó un efecto diferencial dependiente de nutrientes sobre la función mitocondrial. Se propone que el estrés oxidativo selectivo y las alteraciones de la función mitocondrial por parte de los nutrientes pueden ser moduladores potenciales de los entornos de homeostasis metabólica, como la ingesta de alimentos o el gasto de energía. Energy homeostasis involves the control of food intake and caloric expenditure, bidirectional regulated by the central nervous system and peripheral organs interactions, where the hypothalamus is a key brain structure on this interaction. However, under positive energy balance such as during uncontrolled consumption of carbohydrates and lipids, the hypothalamus might be a target of toxicity leading to neuronal oxidative stress activation and mitochondria dysfunction. However, the role of selective nutrient overload during obesity is unknown. In this project the effect of increased carbohydrates and fatty acids, such as glucose (GLU; 15, 35 y 55 mM), fructose (FRU; 15, 35 y 55 mM), palmitic (PA; 0.15, 0.20 y 0.25 mM) and oleic (OA; 0.15, 0.35 y 0.55 mM) acids, on oxidative stress and mitochondrial function was studied using the mHypoA-CLU192 hypothalamic cell line. Oxidative state was evaluated by analysis of antioxidant system activation markers such as glutathione (GSH), where a 50-80 % increase was achieved at the two lowest concentrations of FRU and the highest of GLU and both fatty acids. Similarly, the activity of glutathione peroxidase (GPX) increased at the highest level of GLU, FRU and PA, while the release of hydrogen peroxide (H2O2) did not show significant variations. In addition, we observed a cytotoxic effect at high FRU and PA concentrations, and no changes in cellular viability at any GLU concentration, whereas OA exerts a dose-independent cytoprotective effect. Finally, mitochondrial function was evaluated through the ADP/ATP ratio and oxygen consumption rate. We found a significant 60-70 % and 30% ATP decrease after carbohydrates and fatty acids stimulation, respectively, when compare with control. In addition, it has been confirmed that stimulation with GLU and FRU inhibits mitochondrial respiration, for both feeding complexes evaluated (I and II) of the electron transport chain. While the AP and AO show this effect only in complex I pathway. Based on these results, GLU, FRU, PA and OA overload play a significant role on oxidative stress activation in brain cells; whereas a differential nutrient-depending effect on mitochondrial function was observed. We propose that selective oxidative stress and mitochondrial function alterations by nutrients might be potential modulators of metabolic homeostasis settings such as food intake or energy expenditure.
URI:	http://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/1436
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