Saturated fatty acids differently affect mitochondrial function and the intestinal epithelial barrier depending on their chain length in the in vitro model of IPEC-J2 enterocytes

Introduction: Maintenance of the intestinal barrier mainly relies on the mitochondrial function of intestinal epithelial cells that provide ATP through oxidative phosphorylation (OXPHOS). Dietary fatty acid overload might induce mitochondrial dysfunction of enterocytes and may increase intestinal permeability as indicated by previous in vitro studies with palmitic acid (C16:0). Yet the impact of other dietary saturated fatty acids remains poorly described.Methods: To address this question, the in vitro model of porcine enterocytes IPEC-J2 was treated for 3 days with 250 µM of lauric (C12:0), myristic (C14:0), palmitic (C16:0) or stearic (C18:0) acids.Results and discussion: Measurement of the transepithelial electrical resistance, reflecting tight junction integrity, revealed that only C16:0 and C18:0 increased epithelial permeability, without modifying the expression of genes encoding tight junction proteins. Bioenergetic measurements indicated that C16:0 and C18:0 were barely β-oxidized by IPEC-J2. However, they rather induced significant OXPHOS uncoupling and reduced ATP production compared to C12:0 and C14:0. These bioenergetic alterations were associated with elevated mitochondrial reactive oxygen species production and mitochondrial fission. Although C12:0 and C14:0 treatment induced significant lipid storage and enhanced fusion of the mitochondrial network, it only mildly decreased ATP production without altering epithelial barrier. These results point out that the longer chain fatty acids C16:0 and C18:0 increased intestinal permeability, contrary to C12:0 and C14:0. In addition, C16:0 and C18:0 induced an important energy deprivation, notably via increased proton leaks, mitochondrial remodeling, and elevated ROS production in enterocytes compared to C12:0 and C14:0

Alterations of mitochondrial function and epithelial homeostasis by saturated fatty acids according to their nature on the in vitro model of enterocyte IPEC-J2

International audienceObesity is characterized by a low-grade inflammation associated with disturbances of small intestine permeability. The latter notably relieson mitochondrial function of intestinal epithelial cells (IEC). Yet changes in lipid metabolism of IEC induced by high fat diet (HFD) mightalter mitochondrial function of IEC. We thus wondered whether saturated fats alter mitochondrial function of IEC and intestinal permeability.The in vitro model of enterocyte IPEC-J2 was treated for 3 days with lauric (C12:0), myristic (C14:0), palmitic (C16:0) and stearic (C18:0)acids, abundantly found in HFDs, alone at 250 μM or in mix with 250 μM each. Mitochondrial function was assessed by the Seahorsetechnology while epithelial permeability was evaluated by measuring the transepithelial electrical resistance.Treatment with the mix of fatty acids induced enterocyte steatosis and oxidative stress concomitant to antioxidant machinery activationbut decreased β-oxidation activity during the first hours of treatment, indicating enterocyte metabolic adaptation. Mitochondrial functionwas altered after 3 days of treatment with marked decreased respiration and lower mitochondrial ATP production rate linked with increasedepithelial permeability compared to control cells. Although 3 days of treatment with each fatty acid provoked enterocyte steatosis, C12:0and C14:0 induced greater lipid storage than C16:0 and C18:0. Only C16:0 decreased mitochondrial respiration of IPEC-J2 while C16:0 andC18:0 lowered the mitochondrial ATP production rate and increased epithelial permeability.In conclusion, chronic treatment with a mix of fatty acids simulating HFD, induced alterations of enterocyte metabolism and increasedpermeability likely due to the effect of C16:0 and/or C18:0

La fucoxanthine, un caroténoïde d'origine algale, stimule la fonction mitochondriale et limite le stress oxydant et l'accumulation des lipides dans des cellules épithéliales intestinales in vitro

International audienceIntroduction et but de l’étude En produisant l’énergie nécessaire au renouvellement épithélial et au maintien des jonctions serrées, la mitochondrie est indispensable à la préservation de la barrière épithéliale intestinale. Or, la fonction mitochondriale est altérée dans diverses situations physiopathologiques telles que les maladies inflammatoires chronique de l’intestin (MICI) ou l’obésité. Même si les mécanismes ne sont pas complètement élucidés, cette dysfonction mitochondriale est associée à un stress oxydant dans les cellules épithéliales intestinales dans ces deux pathologies et pour l’obésité, à l’accumulation de lipides intracellulaires. La recherche de composés alimentaires permettant de prévenir ou diminuer la dysfonction mitochondriale des cellules épithéliales intestinales permettrait de proposer des solutions nutritionnelles pour contrecarrer les désordres métaboliques ou inflammatoires associés à ces pathologies. La fucoxanthine (FX) est un caroténoïde issu des algues brunes dont les effets positifs mitochondriaux, comme l’augmentation de la biogenèse et/ou de la fonction mitochondriales, ont été démontrés dans le tissu adipeux et le foie stéatosé. Notre objectif était d’évaluer si ce caroténoïde avait un intérêt au niveau intestinal. Matériel et méthodes Le modèle d’entérocytes IPEC-J2 a été traité avec 100µM de FX et la fonction mitochondriale étudiée après 24h (technologie Seahorse, expression protéique par western-blot et immunocytochimie, expression génique par qPCR, mesure de la fuite de protons par cytométrie en flux après marquage au DioC6(3)). L’effet d’un pré-traitement à la FX 100µM sur la réponse à un stress oxydant (H2O2 750µM, 1h) et sur l’accumulation de lipides (incubation avec un mélange d’acides gras C12:0, C14:0, C16:0 et C18:0 1000µM pendant 3j puis coloration des lipides neutres au Nile red) a également été évalué.Résultats Après 24h de traitement à la FX, les IPEC-J2 présentaient une augmentation de leurs respirations basale (+34%) et maximale (+33%) ainsi que de l’activité de l’ensemble des complexes de la chaîne de respiration mitochondriale (+120 à +210%). L’expression protéique de TOMM-20, une protéine constitutive mitochondriale ainsi que l’expression génique de différentes sous-unités des complexes mitochondriaux ou de protéines impliquées dans la dynamique mitochondriale n’étaient pas modifiées, suggérant que la FX ne module pas le nombre de mitochondries. La fuite de protons était largement augmentée par la FX (+74% (Seahorse) et +61% (cytométrie)), sans modifier la concentration en ATP cellulaire, suggérant que la FX provoque un découplage de la membrane interne des mitochondries sans modifier la production d’énergie.De plus, un prétraitement de 24h à la FX des IPEC-J2 a permis de réduire de 36% la production d’espèces réactives de l’oxygène et d’inhiber l’induction de l’expression génique de différentes enzymes impliquées dans la machinerie antioxydante en réponse à un stress oxydant induit par H2O2. Enfin, l’accumulation de gouttelettes lipidiques après 3 jours d’incubation avec des acides gras était trois fois plus faible en présence de FX tandis que l’expression génique de Plin2, protéine structurale des gouttelettes lipidiques, était diminuée de 43% lorsque les IPEC-J2 étaient co-traitées avec la FX. Conclusion La FX, par son effet découplant sur la mitochondrie et par son activité antioxydante, semble une molécule d’intérêt pour soutenir la fonction mitochondriale dans les cellules épithéliales intestinales. Des études in vivo sont maintenant nécessaires pour évaluer son intérêt dans les perturbations de la barrière intestinale induites par l’inflammation ou l’obésité

Saturated fatty acids differently affect mitochondrial function and the intestinal epithelial barrier depending on their chain length in the in vitro model of IPEC-J2 enterocytes

International audienceIntroduction: Maintenance of the intestinal barrier mainly relies on the mitochondrial function of intestinal epithelial cells that provide ATP through oxidative phosphorylation (OXPHOS). Dietary fatty acid overload might induce mitochondrial dysfunction of enterocytes and may increase intestinal permeability as indicated by previous in vitro studies with palmitic acid (C16:0). Yet the impact of other dietary saturated fatty acids remains poorly described. Methods: To address this question, the in vitro model of porcine enterocytes IPEC-J2 was treated for 3 days with 250 μM of lauric (C12:0), myristic (C14:0), palmitic (C16:0) or stearic (C18:0) acids.Results and discussion: Measurement of the transepithelial electrical resistance, reflecting tight junction integrity, revealed that only C16:0 and C18:0 increased epithelial permeability, without modifying the expression of genes encoding tight junction proteins. Bioenergetic measurements indicated that C16:0 and C18:0 were barely β-oxidized by IPEC-J2. However, they rather induced significant OXPHOS uncoupling and reduced ATP production compared to C12:0 and C14:0. These bioenergetic alterations were associated with elevated mitochondrial reactive oxygen species production and mitochondrial fission. Although C12:0 and C14:0 treatment induced significant lipid storage and enhanced fusion of the mitochondrial network, it only mildly decreased ATP production without altering epithelial barrier. These results point out that the longer chain fatty acids C16:0 and C18:0 increased intestinal permeability, contrary to C12:0 and C14:0. In addition, C16:0 and C18:0 induced an important energy deprivation, notably via increased proton leaks, mitochondrial remodeling, and elevated ROS production in enterocytes compared to C12:0 and C14:0