Transcript Mand - SIMP

Mitocondri e respirazione placentari
Dr Chiara Mandò
PhD
Dipartimento di
Scienze Biomediche e Cliniche L. Sacco
Università degli Studi di Milano
Placenta: interfaccia tra madre e feto
organo di origine fetale
metabolicamente attivo
Fornisce nutrienti e O2 per
accrescimento tissutale e metab fetale
 Produce e metabolizza ormoni per lo
sviluppo fetale
organo altamente differenziato
Sinciziotrofoblasto
Citotrofoblasto
Cellule Stromali
Cellule Vascolari
 ALTA RICHIESTA ENERGETICA
Mitocondri
✓ Organelli cellulari presenti nel citoplasma di tutte le cellule eucariotiche a metabolismo
aerobico
✓ Dotati di un proprio DNA, di forma circolare (mtDNA), presente in multiple copie in ogni
mitocondrio, in un numero specifico per ogni tipo cellulare
✓ FUNZIONI DEL MITOCONDRIO:
 produzione
di ENERGIA (ATP) (RESPIRAZIONE CELLULARE)
 PRODUZIONE DI ROS (reactive oxygen species, radicali liberi)
STRESS OSSIDATIVO > mt marker OxS
 APOTOSI: centrale di integrazione degli stimoli apoptotici
 Altre (es. steroidogenesi in st,
AIF
cytC
apoptosome
differenziam. ct>st, ecc…)
ATP
STEROIDS
ct>st differentiation
ROS
ox. stress
VISTO RUOLO DI GRANDE IMPORTANZA
DEI MITOCONDRI NELLA PLACENTA
 COINVOLGIMENTO IN PATOLOGIE DELLA GRAVIDANZA
CON DISFUNZIONI PLACENTARI?
Ritardo di crescita intrauterino (IUGR) e
preeclampsia (PE)
- insufficienza placentare
- esiti negativi della gravidanza e per il futuro adulto (fetal programming)
- nessuna terapia
(Cetin et al, 2009; Barker and Thornburg, 2013)
Caratterizzate da:
- IPOSSIA (Pardi et al 1993)
- alti livelli di STRESS OSSIDATIVO (Mert et al, 2012)
- aumentato stato INFIAMMATORIO (Cozzi et al, 2012; Chaiworapongsa et al, 2014)
Livelli DNA mitocondriale in placente controllo e IUGR
Livelli mtDNA (2-ΔCt)
Livelli mtDNA (2-ΔCt)
controlli
IUGR
Placente
CONTROLLO
Placente
IUGR
(n=26)
(n=25)
Livelli mtDNA:
misura del
numero di mitocondri
nella cellula
Real Time PCR (metodo 2-ΔCt )
Citocromo-B/nuclear RNAsi-P
UV pO2
✓ Hp: MAGGIORE mtDNA IN IUGR
come meccanismo compensatorio all’ipossia
T-test: * p<0.05
Lattuada et al, Placenta 2008
 Nelle cellule placentari IUGR c’è alterazione quantità di mitocondri
Ma quanto funzionano?
RESPIROMETRIA AD ALTA RISOLUZIONE
Misura del consumo di ossigeno cellulare
Necessità metodologica di CELLULE ISOLATE
 Scelto il CITOTROFOBLASTO,
cellula placentare molto importante per scambi nutrienti
 Placente IUGR e PE
mtDNA
in PLACENTA
IUGR e PE
mtDNA
in citotrofoblasto
IUGR e PE
**
**
 Confermati livelli maggiori mtDNA in
placente IUGR
 Nessuna differenza tra placente PE e
controlli
T-test: ** p<0.001
 Nelle cellule di citotrofoblasto isolate dalle
stesse placente, livelli mtDNA
significativamente MINORI in IUGR vs
controlli
 Nessuna differenza tra citotrofoblasto PE e
controlli
Mandò et al, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2014
Espressione genica
ATTIVATORI della BIOGENESI MITOCONDRIALE
(replicazione mitocondriale/espressione proteine mt)
in citotrofoblasto IUGR
PGC1α
*
*
*
NRF1
ERRγ
✓ MAGGIORE contenuto mitocondriale nel tessuto placentare in IUGR
vs ctr, ma MINORE in cellule di citotrofoblasto isolate da esso
 Altri tipi cellulari della placenta responsabili dell’aumento di mtDNA nel tessuto
T-test: * p<0.05
Anelli et al, Rep Sci 2014, suppl.3, absT133
Mandò et al, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2014
FUNZIONE MITOCONDRIALE:
Consumo di ossigeno in citotrofoblasto IUGR e PE
Respirometria ad Alta Risoluzione
A
pro-mitochondrion
0,8
0,7
*
pmol O2 /mt
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
*
controls
*
0,1
Preeclampsia
0
TOTAL (CI+CII)
pmol O2 /million cells
B
CI
CII
CIV
IUGR
250
pro-cell
200
*
150
100
50
0
TOTAL (CI+CII)
CI
CII
CIV
✓ MAGGIORE consumo di ossigeno mitocondriale in IUGR vs controlli,
anche complessivamente nella cellula
T-test (Bonferroni adjustment): * p<0.01
Mandò et al, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2014
FUNZIONE MITOCONDRIALE:
Consumo di ossigeno in citotrofoblasto IUGR
-indice di pulsatilità arteria ombelicaleC
pro-mitochondrion
0,9
0,8
*
pmol O2 /mt
0,7
*
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
*
*
controls
*
0,1
IUGR
with normal PI
0
TOTAL (CI+CII)
pmol O2 /million cells
D
CI
CII
CIV
pro-cell
250
*
200
IUGR
with abnormal PI
150
100
*
50
0
TOTAL (CI+CII)
CI
CII
CIV
✓MAGGIORE consumo di ossigeno
in IUGR Più SEVERI, con PI alterato, vs controlli
T-test (Bonferroni adjustment): * p<0.01
Mandò et al, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2014
CORRELAZIONI NEGATIVE SIGNIFICATIVE
mtDNA citotrofoblasto/consumo di ossigeno pro-mt
controlli
IUGR
PE
R2=0.3 p=0.02
R2=0.3 p=0.02
R2=0.6 p<0.001
✓ Consumo di ossigeno correla negativamente con livelli mtDNA
Tanti meno mitocondri nella cellula,
tanto più ognuno di essi “respira”
Pearson Correlation
DISCUSSIONE
 Possibile meccanismo compensatorio in IUGR, per sostenere
crescita fetale in condizioni di insufficienza placentare severa
 Minore rilascio di O2 ai feti IUGR dovuto ad un maggiore tasso
di consumo di O2 placentare
LIMITE: epoca gestazionale in IUGR e PE < controlli
-
Nella popolazione totale nessuna correlazione tra epoca gestaz e consumo O2
-
In topo riportato maggiore consumo di O2 placentare in modello IUGR vs controlli,
alla STESSA epoca gestazionale (Mayeur et al, 2013)
MITOCONDRI IN PLACENTE DI DONNE OBESE
senza diabete gestazionale né complicazioni ostetriche
 Obesità: maggior rischio di problemi gestazionali e crescita fetale
 Stato infiammatorio e stress ossidativo
 In altri tessuti associata a disfunzioni mt
POSTER SIMP n.18
p=0.000
controlli
obese
R2=0.54
p=0.000
 > mtDNA possibile conseguenza dell’aumento di infiammazione
dovuto all’effetto lipotossico degli acidi grassi intracellulari
CONCLUSIONI
 disfunzioni mitocondriali riscontrate in placente
IUGR e di donne obese
suggeriscono un ruolo fondamentale dei mitocondri
per la funzionalità placentare
Grazie….
Dipartimento di Scienze Biomediche e Cliniche
Luigi Sacco, Università degli Studi di Milano
Prof Irene Cetin
Dott Gaia Anelli
Dott Chiara Novielli
Unità di Farmacologia Clinica
Prof Emilio Clementi
Dr Clara De Palma
Unità di Ginecologia e Ostetricia Ospedale Sacco
Staff di medici, specializzandi e ostetriche
Ospedale dei Bambini V. Buzzi
Unità di Ginecologia e Ostetricia
Prof Enrico Ferrazzi
Dr Tamara Stampalija
Maternal and fetal demographic data
A
Maternal age (years)
BMI (kg/m2)
Gestational age (weeks)
Fetal weight (g)
Placental weight (g)
I UGR+I UGR with PE
PE only
Controls
(n=10)
(n=6)
(n=8)
34.9 ± 5
35.5 ± 6.0
34.1 ±7.5
22.5 ± 3.7
26.3 ± 4.5
21.6 ±3.2
32.6 ± 4.0 **
36.7 ± 2.9 *
39.1 ±0.2
1401 ± 596 **
2639 ± 472 * 3398.7 ±250.9
244 ± 103 **
429 ± 32 *
517.2 ±75
Mandò et al, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2014
Prenatal and neonatal baseline data of cases stratified
according to the prenatal diagnosis of IUGR
B
Gestational age at
U/S and Doppler
examination
(weeks)
Abdominal
circumference
(percentile)
PI
uterine
arteries
PI
umbilical
arteries
Gestational age
at delivery
(weeks)
Neonatal
weight
(g)
Fetal
gender
Neonatal
weight
(percentile)
Placental
weight
(g)
IUGR
IUGR
IUGR/PE
IUGR
IUGR
IUGR
IUGR
IUGR
IUGR
IUGR/PE
27
27
27
32
33
34
34
34
36
35
<5°
<5°
<5°
<5°
<5°
<5°
<5°
<5°
<5°
<5°
A
A
A
A
A
A
A
A
N
A
A
A
A
A
A
A
N
N
N
N
26
27
27
32
33
34
35
35
37
37
707
640
668
1030
1252
1550
1745
2005
1965
2250
M
F
F
F
F
F
F
M
F
M
<10°
<10°
<5°
<5°
<10°
<10°
<5°
<10°
<5°
<5°
100
135
145
161
235
340
276
350
320
378
PE
PE
PE
PE
PE
PE
33
33
37
37
35
36
28°
55°
16°
55°
41°
58°
A
A
A
A
N
N
N
A
N
N
N
N
32
34
38
38
39
39
2126
1993
2960
3170
2845
2740
M
M
M
M
F
F
75-90°
10-25°
25-50°
50°
10-25°
10-25°
420
472
430
376
430
446
Mandò et al, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2014
OXYGEN
Relationship between umbilical venous
pO2 and uterine venous pO2 at CS
 Uterine venous pO2
 Uterine-umbilical venous gradients
 Coefficient of uterine oxygen extraction
umbilical venous pO2
(mmHg)
90
80
AGA
IUGR
PE-IUGR
AGA
70
60
50
40
30
20
10
10
20
30
40
50
60
70
80
90
uterine venous pO2 (mmHg)
Cetin and Radaelli, Placenta 2003
- Tutte placente da taglio cesareo elettivo
- Dati clinici: età e BMI materno non diversi, invece epoca gestazionale , peso fetale e
placentare signific minori in IUGR
- mtDNA non correlava con epoca gestazionale
mtDNA tessuto/cito:
HP: - biogenesi mt è regolata da concentrazione di O2 (Zung et al, 2007; Gutsaeva et al, 2008)
- in IUGR maggiore gradiente trans-placentare di pO2 (tra flusso materno e fetale)
(Pardi et
al, 1992; Regnault et al, 2007).
 biogenesi
mt alterata dalle concentrazioni di O2 in zone ≠ della placenta
HP: alta funzionalità catena respiratoria in citotrofobl può produrre eccesso di ROS e
causare ulteriore danno vascolare, che può stimolare biogenesi mt in cellule endoteliali
fetali e placentari.
HP: produzione di progesterone, che avviene nel sinciziotrof e non cito(e regola la biogenesi
mt) è alterata in IUGR: in sincizio IUGR potrebbe essere stimolata così la biogenesi mt
Possibile causa aumento mt in placenta IUGR: RESTRIZIONE CALORICA, ampiamente
dimostrata in IUGR, e che in altri tessuti regola biogenesi mitocondriale