Hepatic mitochondria in diet-induced obese mice (stereology and molecular analysis) / Mitocondrias hepáticas en ratones obesos inducidos por la dieta (estereología y análisis molecular)

SUMMARY: The world population is going through an obesity epidemic that has severe consequences for the health system. This study focused on studying hepatic mitochondria in obese animals induced by a high-fat (HF) diet and used the model-based stereology in electron micrographs for the quantitative study. Besides, the gene expressions of molecular markers of mitochondrial biogenesis carnitine palmitoyltransferase 1a (Cpt 1α), mitochondrial transcription factor a (Tfam), uncoupling protein 3 (Ucp 3), and nuclear respiratory factor 1 (Nrf 1) were analyzed. The HF diet caused a weight gain of +1820 % comparing the control group (C) with the HF group (from 0.32±0.31 g to 5.5±0.39 g, P<0.001). The HF group showed fat droplets in the hepatocyte cytoplasm (steatosis) and less dense and large mitochondria in transmission electron microscopy. The mitochondria size (cross-section) did not show a significant difference between the groups C and HF. However, the mitochondria numerical density per area was 30 % less, the mitochondrial surface density (outer membrane) was 20 % less, and the mitochondrial volume density was 22 % less in the HF group than the C group. The gene expressions of molecular markers of mitochondrial biogenesis Cpt 1α, Tfam, Ucp 3, and Nrf 1 decreased in the HF group compared to the C group. The quantitative results match perfectly with the molecular ones of mitochondrial biogenesis markers. In the future, it will be crucial to verify if and how these data recover with the reduction of obesity, which would be of significant interest given the current obesity epidemic that affects the world population.

RESUMEN: La población mundial atraviesa una epidemia de obesidad que tiene graves consecuencias para el sistema de salud. Este estudio se centró en el análisis de las mitocondrias hepáticas en animales obesos inducidos por una dieta alta en grasas (HF) y utilizó la estereología basada en modelos en micrografías electrónicas para el estudio cuantitativo. Además, se analizaron las expresiones génicas de los marcadores moleculares de la biogénesis mitocondrial carnitina palmitoiltransferasa 1a (Cpt 1α), factor de transcripción mitocondrial a (Tfam), proteína desacoplante 3 (Ucp 3) y factor respiratorio nuclear 1 (Nrf 1). La dieta HF provocó un aumento de peso de +1820 % comparando el grupo de control (C) con el grupo HF (de 0,32 ± 0,31 g a 5,5 ± 0,39 g, P <0,001). El grupo HF mostró gotas de grasa en el citoplasma de los hepatocitos (esteatosis) y mitocondrias menos densas y grandes en la microscopía electrónica de transmisión. El tamaño de las mitocondrias (sección transversal) no mostró una diferencia significativa entre los grupos C y HF. Sin embargo, la densidad numérica de mitocondrias por área fue 30% menor, la densidad de superficie mitocondrial (membrana externa) fue 20 % menor y la densidad de volumen mitocondrial fue 22 % menor en el grupo HF que en el grupo C. Las expresiones génicas de los marcadores moleculares de la biogénesis mitocondrial Cpt 1α, Tfam, Ucp 3 y Nrf 1 disminuyeron en el grupo HF en comparación con el grupo C. Los resultados cuantitativos coinciden perfectamente con los moleculares de los marcadores de biogénesis mitocondrial. En el futuro, será crucial verificar si estos datos se recuperan y cómo se recuperan con la reducción de la obesidad, lo que sería de gran interés dada la actual epidemia de obesidad que afecta a la población mundial.

Physical training reverses changes in hepatic mitochondrial diameter of Alloxan-induced diabetic rats / Treinamento físico reverte alterações no diâmetro de mitocôndrias hepáticas de ratos diabéticos induzidos pela Aloxana

ABSTRACT Objective To investigate the effects of physical training on metabolic and morphological parameters of diabetic rats. Methods Wistar rats were randomized into four groups: sedentary control, trained control, sedentary diabetic and trained diabetic. Diabetes mellitus was induced by Alloxan (35mg/kg) administration for sedentary diabetic and Trained Diabetic Groups. The exercise protocol consisted of swimming with a load of 2.5% of body weight for 60 minutes per day (5 days per week) for the trained control and Trained Diabetic Groups, during 6 weeks. At the end of the experiment, the rats were sacrificed and blood was collected for determinations of serum glucose, insulin, albumin and total protein. Liver samples were extracted for measurements of glycogen, protein, DNA and mitochondrial diameter determination. Results The sedentary diabetic animals presented decreased body weight, blood insulin, and hepatic glycogen, as well as increased glycemia and mitochondrial diameter. The physical training protocol in diabetic animals was efficient to recovery body weight and liver glycogen, and to decrease the hepatic mitochondrial diameter. Conclusion Physical training ameliorated hepatic metabolism and promoted important morphologic adaptations as mitochondrial diameter in liver of the diabetic rats.

RESUMO Objetivo Investigar os efeitos do treinamento físico nos parâmetros morfológicos e metabólicos de ratos diabéticos. Métodos Ratos Wistar foram randomizados para quatro grupos: controle sedentário, controle treinado, diabético sedentário e diabético treinado. Diabetes mellitus foi induzido por administração de Aloxana (35mg/kg) nos Grupos Diabético Sedentário e diabético treinado. O protocolo de treinamento físico incluiu natação com carga de 2,5% do peso corporal, por 60 minutos por dia (5 dias por semana) para os Grupos Controle Treinado e diabético treinado, durante 6 semanas. Ao final do experimento, os ratos foram sacrificados, e o sangue foi coletado para determinação das concentrações séricas de glicose, insulina, albumina e proteínas totais. Amostras do fígado foram coletadas para determinação do glicogênio, proteínas, DNA e diâmetro mitocondrial. Resultados O Grupo Sedentário Diabético apresentou redução no peso corporal, insulinemia e glicogênio hepático, além de maior glicemia e diâmetro mitocondrial hepático. O protocolo de treinamento físico em animais diabéticos foi eficiente para restaurar o peso corporal e o glicogênio hepático, além de reduzir o diâmetro mitocondrial hepático. Conclusão O treinamento físico melhorou o metabolismo hepático e promoveu importantes adaptações morfológicas, como no diâmetro mitocondrial no fígado de animais diabéticos.

Steatosis of indeterminate cause in a pediatric group: is it a primary mitochondrial hepatopathy? / Esteatose de causa não determinada em grupo pediátrico: hepatopatia mitocondrial primária?

CONTEXT AND OBJECTIVE: In children, hepatic steatosis may be related to inborn errors of metabolism (IEMs) or to non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). The aim of this study was to assess and characterize steatosis of indeterminate cause through morphological and morphometric analysis of liver tissue. DESIGN AND SETTING: Cross-sectional study at the Departments of Pathology of Faculdade de Ciências Médicas, Universidade Estadual de Campinas (FCM-Unicamp) and Faculdade de Medicina de Botucatu, Universidade Estadual Paulista (FMB-Unesp). METHODS: Eighteen consecutive liver biopsies obtained from 16 patients of ages ranging from 3 months to 12 years and nine months that were inserted in a database in the study period were analyzed using optical microscopy and transmission electron microscopy. Through electron microscopy, the mitochondrial density and mean mitochondrial surface area were determined in hepatocytes. Ten patients ranging in age from 1 to 14 years were used as a control group. RESULTS: "Pure" steatosis was detected, unaccompanied by fibrosis or any other histological alteration. Microvesicular steatosis predominated, with a significant increase in mean mitochondrial surface area. CONCLUSION: Microvesicular steatosis may be related to primary mitochondrial hepatopathy, especially due to reduction of β-oxidation or partial stagnation of oxidative phosphorylation. For these reasons, this form of steatosis (which should not be called "pure") is likely to represent an initial stage in the broad spectrum of NAFLD. We have drawn attention to cases of steatosis in the pediatric group, in which the microvesicular form predominates, since this may be associated with mitochondrial disorders.

CONTEXTO E OBJETIVO: Em crianças, a esteatose hepática pode se relacionar a erros inatos do metabolismo (EIMs) ou à doença hepática gordurosa não-alcoólica (DHGNA). O objetivo deste estudo foi avaliar e caracterizar esteatose de causa indeterminada por meio de análises morfológica e morfométrica em tecido hepático. TIPO DE ESTUDO E LOCAL: Estudo transversal nos Departamentos de Patologia da Faculdade de Ciências Médicas da Universidade Estadual de Campinas (FCM-Unicamp) e Faculdade de Medicina de Botucatu da Universidade Estadual Paulista (FMB-Unesp). MÉTODOS: Foram utilizadas 18 biópsias hepáticas consecutivas obtidas de 16 pacientes com idade variando de 3 meses a 12 anos e 9 meses, inseridas num banco de dados no período do estudo, que foram analisadas por microscopia óptica e eletrônica. Na microscopia eletrônica, foi realizada determinação da densidade mitocondrial e da área superficial média das mitocôndrias nos hepatócitos. Dez pacientes com idade variando de 1 a 14 anos foram usados como grupo controle. RESULTADOS: Foi detectada esteatose "pura", não acompanhada por fibrose ou outra alteração histológica. Foi verificado que, na predominância de esteatose microvesicular, houve aumento significativo da área mitocondrial média. CONCLUSÃO: A esteatose microvesicular pode estar relacionada à hepatopatia mitocondrial primária, principalmente devido à redução na β-oxidação ou parcial estagnação da fosforilação oxidativa. Por essas razões, esta forma de esteatose (que não pode ser chamada de "pura") possivelmente represente uma fase inicial no amplo espectro da DHGNA. Chamamos a atenção para casos de esteatose no grupo pediátrico com predomínio da forma microvesicular, uma vez que pode haver associação com desordens mitocondriais.

Análisis morfométrico del efecto de estimulaciones de láser infrarrojo sobre núcleos de hepatocitos de rata / Morphometric analysis of the effect of infrared laser stimulation on hepatocyte nuclei in rats

De ratas Sprague Dawley tanto normales como irradiadas con dosis diarias de 1, 2, 4, 8, y 16 J/cm2 durante 15 días emitidas por el láser AsGa equivalente a 904 nm previamente anestesiadas, fueron quirúrgicamente obtenidas muestras de hígado, las que posteriormente fueron procesadas para microscopía óptica, siendo estudiadas y sometidas a técnicas morfométricas utilizando aumentos de 1000X, con especial énfasis en cuantificar áreas de núcleos y nucleolos. El análisis de los resultados entre hepatocitos normales e irradiados revela que existen marcadas diferencias entre sus áreas tanto nucleares como nucleolares, concluyéndose que los efectos de estas dosis de radiación infrarroja provoca en los hepatocitos una drástica transformación en sus componentes y por ende en su funcionalidad, principalmente en la relativa a la síntesis proteica, representando el efecto de estas estimulaciones sobre este tipo celular de elevado metabolismo.

Liver samples were taken from previously anaesthetised Sprague Dawley rats, both normal and irradiated with daily doses of 1, 2, 4, 8, and 16 J/cm2 applied over 15 days by AsGa laser equivalent to 904 nm. These samples were then processed for optical microscopy. They were studied and subjected to morphometric techniques using 1000X magnification, placing special emphasis on the quantification of the areas of nuclei and nucleoli. An analytic comparison of the results between normal and irradiated hepatocytes reveals the existence of significant differences between both the nuclear and nucleolar areas studied, from which it is concluded that the effect of these doses of infrared radiation is to provoke a drastic transformation in the components of the hepatocytes, and therefore in their functioning, principally with respect to protein synthesis, and that this would be the effect of stimulation of this nature on this type of high-metabolism cell.

Abnormal Electron Microscopic Findings of Nonalcoholic Steatohepatitis and Related Factors / 대한소화기학회지

BACKGROUND/AIMS: In spite of increasing interests about nonalcoholic steatohepatitis (NASH), there are few reports about the ultrastructure of hepatocyte in this disease. The aim of this study was to clarify abnormal electron microscopic (EM) findings and related factors in NASH. METHODS: Total of fourteen patients who underwent liver biopsy due to steatohepatitis were included. Precise personal history was taken and variable blood tests such as liver function test, lipid profile, and serum iron study were done. Pathologic examination with light and electron microscopy was done by single pathologist. RESULTS: Eleven men and three women were included and mean age was 33.7+/-12.8 years. Nine patients drinking less than 40 g/week was grouped as "NASH group" and other 5 patients drinking more than 40 g/week and body mass index less than 25 was grouped as "ASH (Alcoholic Steatohepatitis) group". Polymorphism of mitochondria such as megamitochondria or loss of cristae was major abnormal EM findings and was more common in "NASH group" than "ASH group" (p=0.027). There was no significant clinical or pathological factors related with the presence of these abnormal EM findings. CONCLUSIONS: Polymorphism of mitochondria is major abnormal EM finding of steatohepatitis and is more common in NASH than ASH. And there is no significant clinical or pathological factors which could predict the presence of these abnormal EM findings.

Effect of the lipophilic o-naphthoquinone CG 10-248 on rat liver mitochondria structure and function

CG 10-248 (3,4-dihydro-2,2 dimethyl-9-chloro-2H-naphtho[1,2b]pyran-5,6-dione), a beta-lapachone analogue, modified the ultrastructure of rat liver mitochondria in vitro, in the absence of added oxidizable substrates. The condensed mitochondrial state was replaced by the orthodox or swollen state to a significant degree. The number of modified mitochondria depended on incubation time and quinone concentration, in the 25-100 microM range. Under the same experimental conditions, mitochondrial respiration was uncoupled as indicated by the increase in the rate of succinate oxidation by controlled mitochondria in metabolic state "4" (not in state "3"), and by the activation of latent F0F1-ATP synthase. Taking into account structural similarities, the results reported here may be valid for other o-naphthoquinones, such as beta-lapachone.

Alteraciones ultraestructurales del hepatocito de ratas hipertiroideas alimentadas con uan dieta suplementada con ácidos grasos poli-insaturados de la serie n-3 / Ultrastructural hepatocyte alterations in hypertiroid rats fed with a diet enriched with poly-nonsaturated fatty acids n-3

Tanto el hipertiroidismo experimental como la administración de una dieta rica en aceite de pescado, alteran la ultraestructura mitocondrial del hepatocito. Los cambios observados utiizando microscopía electrónica de transmisión fueron específicos para el tratamiento con la hormona como para la administración de la dieta. Sin embargo, cuando ambos procedimientos se emplearon simultáneamente, las mitocondrias mostraron una estructura similar a aquella de los animales alimentados con el aceite de pescado (ácidos grasos poliinsaturados n-3). Los peroxisomas muestran alteraciones del nucleoide y se encuentran asociados a mitocondrias, reflejando la interacción que existe entre estas organelas en el proceso de B-oxidación de los ácidos grasos de cadena larga. Los cambios esturcturales observados pueden deberse a modificaicones en la composición de ácidos grasos de las membranas de estas estructuras producidos por ambos tratamientos. Los cambios ultraestructurales pueden explicar variaciones en la función de las estructuras alteradas

Influencia del contenido de ácidos grasos poliinsaturados Omega 6 dietéticos, en la actividad de enzimas asociadas a la función de la membrana mitocondrial de hígado y placenta de ratas / The effect of dietetic Omega 6 polyunsaturated fatty acids on the enzymes activity associated with the function of the liver mitochondria and placenta in rats

Ratas hembras vírgenes, cepa Wistar, se dividieron en tres grupos de 18 animales cada uno. Un grupo fue alimentado con una dieta que aporta (45% de las calorías como grasa(45g%), otro se alimentó con una dieta baja en grasa (15%), y el tercero sirvió como testigo. Para ambos niveles, alto y bajo, la relación ácidos grasos poliinsaturados a saturados (P/S) se ajustó a 2.0 sustituyendo los ácidos grasos saturados por aceite de maíz (Omega 6). A un grupo control se le ofreció una dieta preparada con 30% (30g%) de las calorías grasas, con una relación P/S de 1.0. Cada grupo consumió sólo una de la dietas desde antes, y durante la preñez. A los 20 días de edad gestacional todas as ratas fueron sacrificadas y se les extrajeron los fetos, placentes, y hígado materno, y se aislaron las membranas mitocondriales de palcentes e hígado. Luego se analizó la composición de los ácidos grasos de los fosfolípidos mitocondriales y la actividad de citocromo-c-oxidasa en la membrana interna, y de NADH citocromo o reductasa insensible a la totenona en la membrana mitocondrial externa. La citocromo-c-oxidasa de vio activada por el aumento de los Omega 6 en los fosfolípidos, originado por la dieta de 45g% P/S2. La acticiad de NADH citocromo-c-reductasa se redujo en el grupo que recibió 15 g%, P/S2, y en ese grupo no se alteró la actividad de citocromo-c-oxidasa en relación al grupo control. El peso fetal del grupo de madrs que consumió 45g% P/S1, experimentó un significativo aumento ponderal en relación a los otros dos grupos. Este estudio indica que dietas análogas en el contenido e grasa y poliinsaturados Omega 6 a a los potencialmente consumidos por humanos, pueden inducir cambios en los constituyentes estructurales de las membranas y en las funciones de las proteínas lípido-dependiente de membrana. Por lo tanto, se postula que un aumento de los poliinsaturados 6 en los fosfolípidos de la membrana mitocondrial favoreció la función celular de los órganos estudiados, reflejándose en el estímulo del crecimiento uterino fetal

Análisis estereológico ultraestructural del hígado de rata perfundido con dihidroergotamina / Ultrastructural stereological analysis of rat liver perfused with dihydroergotamine

En el presente trabajo hemos efectuado un análisis esterológico de los cambios ultraestructurales producidos en forma aguda por la administración de una dosis máxima de dihidroergotamina (Dihydroergot, Sandoz), en hígado prefundido de rata. Se utilizaron los parámetros morfométricos de Weibel tales como densidad de volumen, densidad númerica y densidad de superfície. En el grupo experimental se observaron cambios muy significativos de la densidad de superfície mitocondrial, con disminución en la matriz mitocondrial comprobada por la disminución de la densidad de volumen, mientras que la densidad numérica no varió. Los resultados morfométricos indican cambios mitocondriales a nivel de la membrana externa, las crestas y la matriz