Interacción del microbioma intestinal y el hueso / Interaction between the intestinal microbiome and bone

El "microbioma" no solo está constituido por los microbios, sino por todos los componen-tes que viven en el mismo hábitat conforman-do un nicho ecológico. Es decir, está conformado por los microorganismos (bacterias, hongos, protozoos, etc.), todo el espectro de moléculas producidas por ellos tales como sus componentes estructurales (ácidos nucleicos, proteínas, lípidos y glúcidos), meta-bolitos, toxinas, etc., y las moléculas producidas por el huésped. El microbioma intestinal (MI) ha emergido como un factor que tiene un gran efecto sobre la cantidad, calidad y fuerza del hueso. Las investigaciones revelan que la homeostasis ósea está ligada al micro-bioma saludable, mientras que la disbiosis (alteración en la biodiversidad microbiana) puede exacerbar la actividad osteoclástica y promover la osteoporosis. Los mecanismos potenciales involucrados en la interacción del microbioma intestinal y el hueso son la influencia del metabolismo del huésped, el mantenimiento de la integridad intestinal y regulación de la absorción de nutrientes, la regulación del eje intestino-sistema inmune y la modulación del sistema endocrino. Es decir que hay múltiples vías por las cuales el MI influye sobre el hueso, pero estos y otros mecanismos deben profundizarse más aún. También es necesario que se identifiquen y caractericen mejor los microorganismos que están asociados a las enfermedades óseas. El conocimiento de estos aspectos podría ser útil para el desarrollo de herramientas terapéuticas basadas en el MI que puedan mejorar la eficacia de los distintos tratamientos existentes. (AU)

The microbiome is not only constituted by microbes, but by all the components that live in the same habitat forming an ecological niche. It is conformed by the microorganisms ( bacteria, fungi, protozoa, etc), the entire spectrum of molecules produced by them (nucleic acids, proteins, lipid and carbohydrates, metabolites, toxins, etc) and the molecules produced by the host. The intestinal microbiome (IM) has emerged as a factor with great effects on the quantity, quality and strength of bone. The investigations reveal that bone homeostasis is linked to the healthy microbiome, while the dysbiosis (alteration in the microbial biodiversity) can exacerbate the osteoclastic activity and promote osteoporosis. The potential mechanisms involved in the interaction between IM and bone are the influence of the host metabolism, the maintenance of the intestinal integrity and regulation of the nutrient absorption, the regulation of the intestine/ immune system axis and the modulation of the endocrine system. That is, there are multiple ways through which IM influences on bone, but these and other mechanisms need to be further studied. It is also necessary to identify and characterize the microorganisms associated with the bone diseases. Knowledge of these aspects could be useful to develop therapeutical tools based on the IM that could improve the efficacy of the current treatments. (AU)

La diabetes mellitus experimental produce aumento en la expresión de iNOS y altera la vía paracelular de la absorción intestinal de calcio / Experimental diabetes mellitus produces increased iNOS expression and alters the paracellular pathway of intestinal calcium absorption

Previamente hemos demostrado que la diabetes mellitus tipo 1 experimental (D.m.1) inducida por estreptozotocina (STZ) produce estrés oxidativo intestinal en las primeras etapas de la enfermedad, lo que conduce a la inhibición de la absorción intestinal de Ca+2, alterando la vía transcelular del transporte del catión. El objetivo de este trabajo fue estudiar la vía paracelular del transporte del Ca+2 y analizar si la D.m.1 induce estrés nitrosativo a nivel duodenal. Se utilizaron ratas Wistar machos a las que se inyectaron 60 mg STZ/kg de peso corporal; se sacrificaron a los 30 días postratamiento. Se determinó la expresión génica y proteica de claudina 2 y 12, proteínas involucradas en el transporte paracelular del Ca+2. En la mucosa duodenal se determinó el contenido de óxido nítrico (NO) y la expresión proteica de óxido nítrico sintasa inducible (iNOS). Los resultados revelaron que la expresión génica de claudina 2 en las ratas diabéticas fue más del doble en comparación con la de los controles, mientras que la expresión génica de claudina 12 fue similar en ambos grupos. La expresión proteica de claudina 2 y 12 aumentó en las ratas diabéticas. El contenido de NO fue similar en ambos grupos; sin embargo, la expresión proteica de iNOS fue mayor en las ratas diabéticas en comparación con la de las ratas controles. En conclusión, la D.m.1 experimental se acompaña de estrés oxidativo y de aumento en la expresión proteica de iNOS, alterándose la vía paracelular de absorción de Ca+2 como un mecanismo compensatorio. (AU)

We have previously shown that experimental type 1 diabetes mellitus (D.m.1) produced by streptozotocin (STZ) in rats causes intestinal oxidative stress in the early stages of the disease, which leads to the inhibition of intestinal Ca2+ absorption, altering the transcellular Ca2+ pathway. The aim of this work was to study the paracellular Ca2+ pathway and analyze if D.m.1 induces duodenal nitrosative stress. The animals were assigned to two groups: 1) control rats, and 2) STZ-induced diabetic rats (60 mg/kg b.w.). Rats were sacrificed 30 days after induction of diabetes. The gene and protein expression of claudin 2 and 12, proteins involved in paracellular Ca2+ pathway, was determined as well as the nitric oxide (NO) content and protein expression of iNOS in rat duodenum mucosa. The results revealed that claudin 2 expression was more that double in diabetic rats compared to control rats at 30 days, while the gene expression of claudin 12 was similar in both groups. The protein expression of claudin 2 and 12 increased in the diabetic rats. NO content was similar in both groups, but the iNOS protein expression was enhanced in diabetic rats. To conclude, the experimental type I D.m.1 is accompanied by duodenal oxidative stress, increase iNOS protein expression and alteration of the paracellular Ca2+ pathway as a compensatory mechanism. (AU)

Mecanismos moleculares desencadenados por el deoxicolato de sodio en intestino: implicancias en la absorción intestinal de calcio / Molecular mechanisms triggered by sodium deoxycholate in intestine: implications in intestinal calcium absorption

Altas concentraciones de deoxicolato de sodio (DXCS) producen efectos tóxicos en el intestino. Este estudio explora el efecto de concentraciones fisiológicas altas de DXCS sobre la absorción intestinal de Ca2+ y los mecanismos moleculares involucrados. Para ello, se usaron pollos de 4 semanas de edad, los cuales se dividieron en dos grupos: controles y tratados con DXCS en la luz intestinal, a diferentes tiempos y concentraciones. La absorción intestinal de Ca2+ se midió por la técnica del asa intestinal ligada in situ. Se estudió la expresión de genes y de proteínas involucradas en la vía transcelular de la absorción del catión. El contenido de glutatión (GSH) y la actividad de enzimas del sistema antioxidante se evaluaron por espectrofotometría. La producción de ROS se determinó por espectrometría de resonancia de espín y los cambios en la permeabilidad de la membrana interna itocondrial mediante la técnica de swelling. La apoptosis se estudió a través de la localización subcelular de citocromo c por Western blot y la fragmentación del ADN por la técnica de TUNEL. DXCS inhibió la absorción intestinal de Ca+2, efecto que fue dependiente de la concentración de la sal biliar. La expresión del ARNm de la Ca+2- ATPasa disminuyó por el tratamiento con la sal biliar y lo mismo ocurrió con la expresión de las proteínas involucradas en el proceso de absorción del catión: Ca+2- ATPasa, intercambiador Na+/Ca+2 y calbindina D28k. DXCS produjo estrés oxidativo, a juzgar por la generación de ROS, la depleción de glutatión y el swelling mitocondrial. Además, la presencia del antioxidante quercetina en el medio de incubación bloqueó el efecto inhibitorio del DXCS sobre la absorción intestinal de Ca+2.

SUMMARY: High concentrations of sodium deoxycholate (NaDOC) produce toxic effects. This study explores the effect of a single high concentration of NaDOC on the intestinal Ca2+ absorption and the underlying mechanisms. Chicks were divided into two groups: 1) controls, 2) treated with different concentrations of NaDOC in the duodenal loop for variable times. Intestinal Ca2+ absorption was measured as well as the gene and protein expression of molecules involved in the Ca2+ transcellular pathway. Glutathione (GSH) content and the activity of antioxidant enzymes were assessed by spectrophotometry. ROS was determined by spin resonance spectrometry and permeability changes of the internal mitochondrial membrane by the swelling technique. Apoptosis was studied by cytochrome localization through Western blot and DNA fragmentation (TUNEL procedure). NaDOC inhibited the intestinal Ca2+ absorption, which was dose dependent. Ca2+- ATPase mRNA decreased by the ile salt and the same occurred with the protein expression of Ca2+-ATPase, calbindin D28k and Na+/Ca2+ exchanger. NaDOC produced oxidative stress as judged by ROS generation, mitochondrial swelling and glutathione depletion. Furthermore, the antioxidant quercetin blocked the inhibitory effect of NaDOC on the intestinal Ca2+ bsorption. Apoptosis was also triggered by the bile salt, as indicated by the TUNEL staining and the cytochrome crelease from the mitochondria. As a compensatory mechanism, enzyme activities of the antioxidant system were all increased, but the cellular redox state was not normalized. In conclusion, a single high dose of NaDOC inhibits intestinal Ca2+.