Diet impact on Mitochondrial Bioenergetics and Dynamics

Diet induced obesity is associated with impaired mitochondrial function and dynamic behavior. Mitochondria are highly dynamic organelles and the balance in fusion/fission is strictly associated with their bioenergetics. Fusion processes are associated with the optimization of mitochondrial function, whereas fission processes are associated with the removal of damaged mitochondria. In diet-induced obesity, impaired mitochondrial function and increased fission processes were found in liver and skeletal muscle. Diverse dietary fat sources differently affect mitochondrial dynamics and bioenergetics. In contrast to saturated fatty acids, omega 3 polyunsaturated fatty acids induce fusion processes and improve mitochondrial function. Moreover, the pro-longevity effect of caloric restriction has been correlated with changes in mitochondrial dynamics leading to decreased cell oxidative injury. Noteworthy, emerging findings revealed an important role for mitochondrial dynamics within neuronal populations involved in central regulation of body energy balance. In conclusion, mitochondrial dynamic processes with their strict interconnection with mitochondrial bioenergetics are involved in energy balance and diet impact on metabolic tissues

High-lard and high-fish-oil diets differ in their effects on function and dynamic behaviour of rat hepatic mitochondria

Background Mitochondria are dynamic organelles that frequently undergo fission and fusion processes, and imbalances in these processes may be involved in obesity and insulin resistance. Aims The present work had the following aims: (a) to evaluate whether the mitochondrial dysfunction present in the hepatic steatosis induced by a high-fat diet is associated with changes in mitochondrial dynamics and morphology; (b) to evaluate whether effects on the above parameters differ between high-lard and high-fish-oil diets, as it has been suggested that fish oil may have anti-obesity and anti-steatotic effects by stimulating fatty acids utilisation. Methods The development of hepatic steatosis and insulin resistance was monitored in rats fed a high-lard or high-fish-oil diet. Immunohistochemical and electronic microscopic observations were performed on liver sections. In isolated liver mitochondria, assessments of fatty acids oxidation rate, proton conductance and oxidative stress (by measuring H2O2 release and aconitase activity) were performed. Western blot and immunohistochemical analyses were performed to evaluate the presence of proteins involved in mitochondrial dynamics (i.e., fusion and fission processes). To investigate the fusion process, mitofusin 2 and autosomal dominant optic atrophy-1 (OPA1) were analysed. To investigate the fission process, the presence of dynamin-related protein 1 (Drp1) and fission 1 protein (Fis1) was assessed. Results High-lard feeding elicited greater hepatic lipid accumulation, insulin resistance with associated mitochondrial dysfunction, greater oxidative stress and a shift towards mitochondrial fission processes (versus high-fish-oil feeding, which had an anti-steatotic effect associated with increased mitochondrial fusion processes). Conclusions Different types of high-fat diets differ in their effect on mitochondrial function and dynamic behaviour, leading to different cellular adaptations to over-feeding

Polyunsaturated Fatty Acids Attenuate Diet Induced Obesity and Insulin Resistance, Modulating Mitochondrial Respiratory Uncoupling in Rat Skeletal Muscle

Omega (ω)-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA) are dietary compounds able to attenuate insulin resistance. Anyway, the precise actions of ω-3PUFAs in skeletal muscle are overlooked. We hypothesized that PUFAs, modulating mitochondrial function and efficiency, would ameliorate pro-inflammatory and pro-oxidant signs of nutritionally induced obesity

Obesità e steatosi epatica in ratti alimentati con dieta iperlipidica ed ipercalorica

L'obesità è una malattia cronico-degenerativa, causata da una combinazione di fattori: ereditari, genetici, metabolici, alimentari, culturali, sociali e psicologici. Quantità eccessive di grasso corporeo costituiscono un pericolo per la salute, soprattutto per il rischio di insorgenza di alcune malattie, quali ipertensione arteriosa, malattie dell???apparato cardiocircolatorio, diabete, osteoporosi, steatosi epatica che nel complesso sono conosciute come sindrome metabolica Un bilancio energetico cronicamente positivo può comportare l???instaurarsi di uno stato di insulino-resistenza prima nel tessuto adiposo, ed in seguito in tutti i tessuti sensibili all'insulina. Se la capacità di espansione degli adipociti è bassa, questi divengono ipertrofici, questa ipertrofia rappresenta una possibile condizione di stress per la cellula, in particolare per il RE, che può attivare pathway metabolici che comportano insulino-resistenza, rilascio di proteine chemoattrattanti dei macrofagi, e se l'infiammazione persiste, la morte dell'adipocita. L'insulino-resistenza degli adipociti, caratterizzata da una bassa capacità liposintetica ed alta capacità lipolitica, causa un aumento in circolo di acidi grassi liberi, questi ultimi si accumulano in maniera ectopica in molti tessuti, tra cui il fegato, comportando lipotossicità ed insulino-resistenza. La disfunzione di alcuni importanti organelli cellulari può essere coinvolta nell'evoluzione della NAFLD (non alcoholic fatty liver disease), gli organelli maggiormente interessati sono il reticolo endoplasmatico ed i mitocondri. Il malfunzionamento del RE provoca la risposta UPR (risposta della proteina non-ripiegata) che è un meccanismo che tende a ripristinare l'omeostasi del RE comportando una condizione di ripresa dell'intera cellula. Se L'UPR fallisce la cellula andrà incontro all'apoptosi e verrà fagocitata dalle cellule di Kupffer ed altri fagociti attivati in situ dal rilascio di citochine. I mitocondri giocano un ruolo importante nel metabolismo della cellula, essendo il principale sito di ossidazione degli acidi grassi e della fosforilazione ossidativa e, al tempo stesso, il più importante sito cellulare di produzione di ROS. L' eccessiva produzione di specie reattive dell???ossigeno (ROS) è uno dei possibili meccanismi che spiegano la disfunzione mitocondriale che si ritrova nella NAFLD. In queste condizioni si hanno variazioni strutturali e funzionali sia nell'ambito del singolo mitocondrio sia a livello dell'intera rete mitocondriale, in cui i singoli elementi non sono più visti come organelli isolati ma in costante comunicazione fra loro tramite meccanismi di fusione e di fissione mitocondriale