Impact du stress oxydant et de l'inflammation sur le métabolisme intestinal des lipides et les fonctions mitochondriales dans la fibrose kystique

La Fibrose kystique (FK) ou mucoviscidose est une maladie monogénique létale qui touche avec prédilection les Caucasiens. Elle résulte de la mutation du gène Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator (CFTR). Le déficit en acides gras essentiels (AGE) est classique et est associé à une malabsorption intestinale des lipides et vitamines liposolubles difficile à juguler. Le stress oxydant (SOx) et l’inflammation pourraient participer à la survenue de ces désordres lipidiques en impliquant la mitochondrie, organelle clé de l’homéostasie redox. L’hypothèse de ce travail est que le défaut du CFTR, associé à des perturbations oxydatives, inflammatoires et mitochondriales altère le métabolisme des lipides dans l’intestin des patients de la FK. Les objectifs spécifiques consistent à caractériser le profil oxydatif et inflammatoire, à évaluer les fonctions de la mitochondrie et à identifier les modulations du métabolisme des lipides/lipoprotéines dans l’intestin. À cette fin, les cellules épithéliales intestinales Caco-2/15 ont été invalidées pour le CFTR à l’aide du procédé de transfection innovateur Zinc Finger Nuclease, ce qui a permis de générer une lignée cellulaire knockout pour le CFTR (CFTR-/-). Nos résultats démontrent la présence d’un profil oxydatif et inflammatoire en lien avec le défaut du CFTR. Les résultats témoignent de dysfonctions mitochondriales à type de dommages oxydatifs de l’ADN, de défectuosité du métabolisme énergétique et de susceptibilité à l’apoptose, découlant probablement de la perturbation de l’activité du facteur de transcription PGC1α régulateur par excellence de la biogénèse mitochondriale et de la transcription des éléments de réponse antioxydante. Le profil lipidique est en faveur d’une lipogenèse exagérée, d’une synthèse accrue de lipides, et de sécrétion amplifiée de lipoprotéines. Ces résultats démontrent clairement des dysfonctions de la mitochondrie en réponse à la délétion du CFTR, mais indiquent que les anomalies du transport lipidique, telles que décrites chez les patients de FK, ne découlent pas du défaut génique. Elles résulteraient surtout de l’intrication de divers facteurs tels que les anomalies du mucus, les modifications morphologiques de l’épithélium intestinal, l’insuffisance pancréatique et les perturbations du métabolisme des acides biliaires par le foie.Cystic fibrosis (CF) is a lethal monogenic disease that predominantly affects Caucasians. It results from the mutation of the Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator (CFTR) gene. The deficiency in essential fatty acids (EFA) is classical and is associated with intestinal lipid and liposoluble vitamin malabsorption that is extremely difficult to control. Oxidative stress (OxS) and inflammation could participate in the occurrence of these lipid disorders by involving the mitochondria, a key organelle of redox homeostasis. The hypothesis of this work is that the deletion in the CFTR gene is associated with oxidative, inflammatory and mitochondrial perturbations, and alters intestinal lipid metabolism in CF. The specific objectives are to characterize the oxidative and inflammatory profile, to evaluate the functioning of mitochondria and to identify the modulation of lipid metabolism in the intestine. The CFTR gene deletion in Caco-2/15 intestinal epithelial cells was performed using the innovative Zinc Finger Nuclease transfection method, which allowed the generation of a CFTR (-/-) knockout cell line. Our results demonstrate the presence of an oxidative and inflammatory profile related to CFTR deficiency. Mitochondrial dysfunctions such as DNA oxidative damage, energy metabolism derangement and susceptibility to apoptosis are probably the result of the downregulation of PGC1α and NRF2 transcription factors, as they represent the dominant regulators of mitochondrial biogenesis and transcription of antioxidant response elements. The lipid profile is in favor of exaggerated lipogenesis, increased lipid synthesis and lipoprotein overproduction. These results underline mitochondrial dysfunction arising solely from the CFTR gene defect but, on the other hand, they suggest that the typical lipid transport abnormalities of CF patients result from the entanglement of various factors such as mucus abnormalities, morphological aberrations in the intestinal epithelium, exocrine pancreatic insufficiency and irregular liver bile acid metabolism

CFTR silencing in pancreatic β-cells reveals a functional impact on glucose-stimulated insulin secretion and oxidative stress response

Cystic fibrosis (CF)-related diabetes (CFRD) has become a critical complication that seriously affects the clinical outcomes of CF patients. Although CFRD has emerged as the most common nonpulmonary complication of CF, little is known about its etiopathogenesis. Additionally, whether oxidative stress (OxS), a common feature of CF and diabetes, influences CFRD pathophysiology requires clarification. Aim: The objective of this study is to shed light on the role of CFTR in combination with OxS in insulin secretion from pancreatic β-cells. Methods: CFTR silencing was accomplished in MIN6 cells by stable expression of small hairpin RNAs and glucose-induced insulin secretion was evaluated in the presence/absence of the pro-oxidant system iron/ascorbate (Fe/Asc) along with or without the antioxidant Trolox. Results: insulin output from CFTR-silenced MIN6 cells was significantly reduced at basal and at different glucose concentrations compared with control Mock cells. Furthermore, CFTR silencing rendered MIN6 cells more sensitive to OxS as evidenced by both increased lipid peroxides and weakened antioxidant defense, especially following incubation with Fe/Asc. The decreased insulin secretion in CFTR-silenced MIN6 cells was associated with high levels of NF-κB (the major participant in inflammatory responses), raised apoptosis and diminished ATP production in response to the Fe/Asc challenge. These defects were alleviated by the addition of Trolox, thereby pointing out the role of OxS in aggravating the effects of CFTR deficiency. Conclusions: Our findings indicate that CFTR deficiency with OxS may contribute to endocrine cell dysfunction and insulin secretion, which at least in part may explain the development of CFRD

Understanding Chylomicron Retention Disease Through Sar1b Gtpase Gene DisruptionHighlights

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