Overtollig vet verstoort het energiesysteem van de hartcel

Lipidenoverbelasting in hartcellen verandert de mitochondriale vorm en verstoort het cardiaal mitochondriaal netwerk.

Een studie aan de University of Iowa heeft aangetoond dat overtollig vet in het hart, een veel voorkomend kenmerk bij diabetes en obesitas, het essentiëel vermogen van de cellen om energie te produceren kan schaden. Onderzoekers geloven dat het mechanisme kan bijdragen aan het twee- tot vijfvoudige verhoogd risico op hartfalen bij mensen met diabetes.

Het hart is het meest energie hongerig orgaan in het lichaam. Net als een motor die brandstof verbrandt om de cilinderzuigers te doen werken, verbruiken gezonde hartcellen brandstofmoleculen om de nodige energie te creëren om het hart te laten pompen. Deze essentiële energieproductie vindt plaats in de mitochondriën, de autonome organellen van de "krachtcentrale" in de cellen.

Hoewel mitochondriën in een gezond hart voornamelijk vetzuren als brandstof gebruiken, kunnen ze zich gemakkelijk aanpassen om andere brandstofmoleculen te gebruiken, zoals glucose, lactaat en keton. Diabetes vermindert echter het metabool aanpassingsvermogen van de hartspier en zorgt ervoor dat hartcellen vet overmatig gebruiken als metabolische brandstof.

Uit het onderzoek, gepubliceerd in Circulation Research, bleek dat deze overbelasting van hartlipide leidt tot talrijke kleine, misvormde mitochondria die minder efficiënt energie produceren. Eerder onderzoek van het UI-team heeft gesuggereerd dat problemen met mitochondriale energieproductie een rol kunnen spelen bij hartfalen bij diabetes.

"Diabetes, dat bijna 30 miljoen Amerikanen treft, verhoogt het risico op hartfalen aanzienlijk, en één van de belangrijkste problemen van mensen met diabetes is de neiging van het hart om te veel vet te gebruiken als metabolische brandstof, wat uiteindelijk leidt tot mitochondriale en cardiale schade," verklaart studieleider E. Dale Abel, MD, PhD, professor en afdelingsvoorzitter van interne geneeskunde aan de UI Carver College of Medicine en directeur van de Fraternal Order of Eagles Diabetes Research Center bij de UI.

"We hebben aangetoond dat het verhogen van de hoeveelheid vet (lipide) dat het hart verbruikt, leidt tot dramatische veranderingen in de structuur en functie van de mitochondria in het hart. Deze onderzoeken bieden een nieuwe kijk op hoe deze veranderingen in mitochondriën zouden kunnen plaatsvinden in het met lipiden overbelast hart."

Het UI-team gebruikte genetisch gemodificeerde muizen om de verhoogde vetzuuropname (lipidenoverbelasting) na te bootsen van diabetes om de gevolgen van overbelasting van hartvet op mitochondriën te onderzoeken. Een nieuwe 3D-elektronenmicroscopische cellulaire beeldvormingstechniek, ontwikkeld door collega's uit Duitsland, liet de onderzoekers toe om de structurele veranderingen in de mitochondriën direct waar te nemen - in plaats van een virtual reality headset in de hartspiercel te plaatsen, zegt Abel.

Bij het muismodel werd de vetopname naar het hart verdubbeld. Deze bescheiden toename resulteerde in mitochondriën die dunner en meer verwrongen waren dan mitochondriën in gezonde hartcellen. Deze structurele veranderingen leiden tot een verschijning van mitochondriale fragmentatie.

De studie onthulde ook de moleculaire oorzaak van de verandering in de mitochondriale structuur. Langdurige overbelasting van lipiden leidt tot verhoogde niveaus van schadelijke stoffen, reactieve zuurstofsoorten (ROS) genoemd. Overtollige ROS verstoort het mitochondriaal netwerk door de activiteit van verschillende belangrijke eiwitten die helpen de grootte en vorm van mitochondriën te regelen.

Het verwijderen van de overmatige ROS door een molecule tot overexpressie te brengen dat helpt bij het "opruimen" van ROS-moleculen, herstelde normaal uitziende mitochondria, die goed werkten, ondanks de overbelasting van lipiden.

Verrassend genoeg leidde het gebruik van dezelfde aanpak om ROS in normale hartcellen te verwijderen tot mitochondria die vier keer zo groot waren als normaal, wat suggereert dat ROS-niveaus omgekeerd evenredig zijn met de mitochondriën.

De bevindingen suggereren dat overbelasting van de hartlipiden de normale mitochondriale structuur verstoort, wat de energieproductie kan schaden en de hartfunctie kan aantasten.

vertaling: Andre Teirlinck