Regulación de la respuesta a insulina por ceramidas en el cardiomiocito a nivel de la dinámica mitocondrial

Abstract

La obesidad y la diabetes son condiciones altamente prevalentes que representan un importante factor de riesgo para el desarrollo de patologías cardiovasculares, principal causa de muerte entre los pacientes diabéticos. La lipotoxicidad y las alteraciones metabólicas juegan un papel fundamental en la resistencia a la hormona insulina y el daño cardiaco en estos pacientes. Los cardiomiocitos son las unidades funcionales del corazón y poseen un alto requerimiento energético que depende en su mayor parte de la función mitocondrial. Las mitocondrias forman una red dinámica que se remodela constantemente por eventos de fisión y fusión. La mantención de una morfología mitocondrial balanceada es fundamental para mantener una funcionalidad adecuada de este organelo. El objetivo de este trabajo fue investigar el efecto de las ceramidas, que derivan del metabolismo lipídico, en la señalización de la insulina y la dinámica mitocondrial en cultivos primarios de cardiomiocitos de rata. La señalización de insulina se evaluó mediante Western blot para Akt fosforilada y la morfología mitocondrial por microscopía confocal en células teñidas con Mitotracker Green. El tratamiento de los cardiomiocitos con C2-ceramida (40 μM, 3 h) disminuyó la fosforilación de Akt basalmente y en respuesta a insulina y favoreció la fisión mitocondrial, aumentando la translocación de la proteína de fisión Drp-1 hacia este organelo. Para evaluar si ambos efectos estaban relacionados, se inhibió la actividad de Drp-1 mediante el uso de un dominante negativo y de un inhibidor químico, antes del tratamiento con C2-ceramida. La inhibición de Drp-1 mediante ambas herramientas previno la fisión mitocondrial causada por C2-ceramida y rescató la fosforilación de Akt en respuesta a insulina. Trabajos previos de nuestro laboratorio muestran que el tratamiento de los cardiomiocitos con palmitato 500 μM durante 3 h también induce fisión de la red mitocondrial. En este trabajo se mostró que al inhibir la síntesis de ceramidas a partir de palmitato se previene, en parte, los efectos de este ácido graso sobre la dinámica mitocondrial de los cardiomiocitos. En conclusión, la fragmentación de la red mitocondrial inducida por ceramidas es necesaria para la disminución de la señalización de insulina en los cardiomiocitos. Además, la fisión mitocondrial inducida por palmitato en este modelo depende en parte de la generación de ceramidas.

Obesity and diabetes are highly prevalent conditions that represent an important risk factor for the development of cardiovascular diseases, the main cause of death in diabetic patients. Lipotoxicity and metabolic alterations take part in insulin resistance and heart damage in these patients. Cardiomyocytes are the functional basic units of the heart and have a high energy requirement that depends largely on mitochondrial function. Mitochondria form a dynamic network that is constantly remodelled by fission and fusion events. The maintenance of a balanced mitochondrial morphology is critical to maintain a proper functionality of this organelle. The aim of this study was to investigate the effect of ceramides, derived from lipid metabolism, in insulin signalling and mitochondrial dynamics in primary cultures of rat cardiomyocytes. Insulin signalling was assessed by Western blot for phosphorylated Akt and mitochondrial morphology by confocal microscopy in Mitotracker Green-stained cells. Treatment of cardiomyocytes with C2-ceramide (40 μM, 3 h) decreased the phosphorylation of Akt at baseline and in response to insulin and induced mitochondrial fission, increasing the translocation of the fission protein Drp-1 to this organelle. To assess whether both effects were related, Drp-1 activity was inhibited by using a dominant negative and a chemical inhibitor, before treatment with C2-ceramide. The inhibition of Drp-1 by both tools prevented mitochondrial fission caused by C2-ceramide and rescued Akt phosphorylation in response to insulin. Previous work in our laboratory showed that treatment of cardiomyocytes with palmitate 500 μM for 3 h also induces mitochondrial fission. We showed that inhibiting the synthesis of ceramides from palmitate prevented in part the effects of this fatty acid on mitochondrial dynamics in cardiomyocytes. In conclusion, the mitochondrial network fragmentation induced by ceramides is required for the decrease of insulin signalling in cardiomyocytes. Furthermore, palmitate-induced mitochondrial fission in this model depends in part on the generation of ceramides.