Disfunzione mitocondriale e danno
d’organo nell’ipertensione arteriosa
Speranza Rubattu M.D.
Dip. Medicina Clinica e Molecolare
Universita’ Sapienza di Roma;
IRCCS Neuromed, Pozzilli (Isernia)
Capri Conference 2.0 2016
15 aprile 2016
Meccanismi coinvolti nelle alterazioni vascolari
nell’ipertensione arteriosa
•
•
•
•
•
•
Attivazione endoteliale
Attivazione delle piastrine
Modifiche del turnover del collagene/MMP
Iperattivita’ sistema ortosimpatico
Aumentata attivita’ di RAAS
Ridotta disponibilita’ di NO
• Infiammazione vascolare
• Rimodellamento vascolare
• Aumento della rigidita’ arteriosa
L’aumento di stress ossidativo e’ il fattore in comune tra i diversi
meccanismi identificati
I mitocondri costituiscono la maggior fonte di stress ossidativo
intracellulare
Oxphos (ETC) include 5 complessi, ciascuno dei quali e’ composto
da numerose subunita’, ed e’ localizzato nella membrana interna
mitocondriale
Funzioni dei mitocondri:
produzione di energia (ATP);
modulazione dei processi di sopravvivenza e morte cellulare, della produzione dei ROS, dell’omeostasi
del calcio, della termogenesi
Effetti della disfunzione mitocondriale
Meccanismi di progressione di malattia mediati dai mitocondri
disfunzionanti.
Contributo a malattie cardiovascolari, renali, neurodegenerative,
metaboliche
Disfunzione mitocondriale ed ipertensione
arteriosa
Ipertensione
arteriosa
TOD
Disfunzione mitocondriale
Danno e disfunzione mitocondriale secondari ad ipertensione arteriosa
potrebbero sostenere l’ipertensione e peggiorare il danno cardiaco e vascolare
Disfunzione mitocondriale
?
TOD
(indipendentemente dai
valori pressori)
Ratto spontaneamente iperteso prono allo stroke (SHRSsp):
modello ottimale per studi sulla etiopatogenesi del danno vascolare associato ad
ipertensione arteriosa
•
•
•
Sviluppa elevati livelli di pressione arteriosa;
Mostra una aumentata incidenza di eventi cerebrovascolari soprattutto quando sottoposto
a dieta stile giapponese (ricca di sale, povera di potassio e di metionina);
Lo stroke e’ sempre preceduto da danno renale con marcata proteinuria.
BP, Na+, K+ concorrono nella determinazione del fenotipo cerebrovascolare.
Il modello SHR-Stroke Resistant non sviluppa mai eventi cerebrovascolari pur in presenza
degli stessi elevati valori pressori e delle stesse condizioni dietetiche.
Identificazione di 3 quantitative trait
loci per stroke (STR1, STR2, STR3) nel
ratto SHRSP, con effetto indipendente
dagli elevati valori pressori.
STR1 contribuisce con il 20% alla
predisposizione genetica allo stroke
Rubattu S et al. Nat. Gen. 1996
Microarray gene expression analysis per tutte le sequenze che
mappano dentro STR1 nei cervelli di SHRSP e SHRSR mantenuti con
dieta regolare o stile giapponese
Ndufc2, subunita’
del complesso I, e’
l’unica sequenza
diversamente
modulata nel cervello
di SHRSP vs SHRSR
Dato confermato
con RTPCR
e WB
Rubattu S et al. JAHA 2016
Rat Chromosome
1
Ndufc2 mapping within STR-1
Insert
Mb
Ndufc2 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1, subcomplex unknown, 2
154,6
Aqp11
aquaporin 11
154,9
Slco2b1 solute carrier organic anion transporter family, member 2b1
D1Rat49
157
156,9
Kcne3
potassium voltage-gated channel, Isk-related family, member 3
157,7
Ucp3
uncoupling protein 3 (mitochondrial, proton carrier)
157,8
Ucp2
157,9
uncoupling protein 2 (mitochondrial, proton
carrier)
Evidenza di disfunzione mitocondriale, associata alla riduzione di
Ndufc2, nei cervelli di SHRSP mantenuti con dieta stile giapponese
ridotto assemblaggio
del complesso I
ridotta attivita’ del
complesso I
ridotta sintesi di ATP
soltanto in SHRSP con
dieta giapponese
Rubattu S et al. JAHA
Detection of NDUFC2 protein expression in the
brains of SHRSR and
of SHRSR carrying NDUFC2 107 bp major deletion
(heterozygous)
Evidenza di disfunzione mitocondriale in cervelli di SHRSR portatori in
eterozigosi della delezione del gene Ndufc2
ridotto assemblaggio
del complesso I
ridotta attivita’ del
complesso I
ridotta sintesi di ATP
Rubattu S et al. JAHA 2016
Comparsa di danno renale e stroke in SHRSR portatori in eterozigosi
della delezione del gene Ndufc2 mantenuti con dieta stile giapponese
8
10
12
aumento dell’ incidenza di stroke, sempre preceduto da aumento di proteinuria,
nonostante livelli pressori comparabili a quelli di SHRSR
Rubattu S et al. JAHA 2016
Disfunzione mitocondriale da deficit del
Complesso I e ipertrofia cardiaca in SHRSR
NDUFC2 heterozygous rat
wild type rat
Rubattu S et al. 2016 ongoing
Una variante del gene NDUFC2 umano associa con una significativa
riduzione dell’espressione genica (rs11237379) e con un significativo
aumento del rischio di stroke ischemico giovanile
Rubattu S et al. JAHA 2016
Linfociti di soggetti sani portatori della variante
NDUFC2
X3
+LPS
X1
+LPS
Nu
wt
PM
Nu
PM
X4
+LPS
X4
+LPS
MM
PM
Rubattu S et al. 2016 ongoing
Nu
Nu
PM
NDUFC2 - meccanismo di danno cellulare e
tissutale
Rubattu S et al. 2016 submitted
Microarray gene expression analysis per tutte le sequenze che
mappano all’interno di STR1 nei reni di SHRSP e SHRSR mantenuti con
dieta regolare o stile giapponese
UCP2
unica sequenza
diversamente
modulata nei reni
di SHRSP vs SHRSR
Rat Chromosome
1
Ucp2 mapping within STR-1
Insert
Mb
Ndufc2 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1, subcomplex unknown, 2
154,6
Aqp11
aquaporin 11
154,9
Slco2b1 solute carrier organic anion transporter family, member 2b1
D1Rat49
157
156,9
Kcne3
potassium voltage-gated channel, Isk-related family, member 3
157,7
Ucp3
uncoupling protein 3 (mitochondrial, proton carrier)
157,8
Ucp2
157,9
uncoupling protein 2 (mitochondrial, proton
carrier)
Effetti del silenziamento genico di UCP2 in cellule
mesangiali renali vitro
ridotta vitalita’ cellulare
aumentata mortalita’
cellulare
Di Castro S et al. Hypertension 2013; 61:534-541
Danno renale in SHRSP associa con la ridotta espressione di UCP2 ed e’
assente quando l’espressione di UCP2 e’ stimolata da estratto di
germoglio di Brassica Oleracea, indipendentemente dai livelli pressori
Rubattu S. et al. J Hypertens 2015; 33:1465-79
La proteinuria aumenta in Japanese diet fed SHRSP
e si riduce con il supplemento di estratto di germoglio di Brassica
Oleracea
Rubattu S. et al. J Hypertens 2015; 33:1465-79
Impatto di estratto di germoglio di Brassica Oleracea sulla
espressione cerebrale del gene UCP2 e conseguentemente
sull’occorrenza di stroke in Japanese diet fed SHRSP
-Actin >
UCP2 >
RD
JD
JD +
Brassica O. juice
RD
JD
JD+
Brassica
juice
Rubattu S et al. 2016 ongoing
Impatto del fenofibrato sulla espressione cerebrale del gene
UCP2 e conseguentemente sull’occorrenza di stroke in
Japanese diet fed SHRSP
Rubattu S et al. 2016 ongoing
UCP2 - meccanismo molecolare di danno cellulare e
tissutale
Rubattu S et al. 2016 submitted
SHRSP, modello animale di danno cerebrovascolare e
renale favorito da disfunzione mitocondriale in presenza di
dieta ipersodica
dieta ricca di sale/povera di potassio
elevati valori
pressori
fattori genetici
ed epigenetici
Disfunzione mitocondriale
STROKE
danno renale
Conclusioni
• Il modello animale del ratto spontaneamente iperteso
con aumentata predisposizione al danno
cerebrovascolare e renale favorito dalla dieta ipersodica
(SHRSP) rivela il ruolo della disfunzione mitocondriale
come meccanismo contributorio a TOD.
• La translazionalita’ dei dati alla malattia umana
rafforza il significato dei risultati ottenuti nel modello
SHRSP.
• Le nostre evidenze supportano il concetto che una
corretta funzione mitocondriale mantiene lo stato di
salute cellulare, tissutale e dell’intero organismo, e che la
disfunzione mitocondriale contribuisce alle patologie
cardiovascolari.
• Nuove molecole mirate a correggere la disfunzione
mitocondriale sono in corso di sperimentazione e
certamente rappresentano la prossima frontiera per il
trattamento delle malattie cardiovascolari (IMA,
stroke).
Ringraziamenti
• Massimo Volpe, Direttore UOC Cardiologia, Universita’ Sapienza di Roma;
• Sara Di Castro, Rosita Stanzione, Maria Cotugno, Simona Marchitti, Franca
Bianchi, Michele Madonna (IRCCS Neuromed, Pozzilli - Isernia, Molise);
• Norbert Hubner, MDC, Berlino, Germania;
• Aron Geurts, HMGC, Medical College of Wisconsin, USA;
• Betti Giusti, Gian Franco Gensini (Universita’ di Firenze);
PierMannuccio Mannucci, Flora Peyvandi (Universita’ di Milano);
Maurizia Rasura (Universita’ Sapienza di Roma);
• Luigi Sironi, Paolo Gelosa (Universita’ di Milano, IRCCS Monzino)
• Paolo Costantino, Roberto Mattioli (Universita’ Sapienza di Roma)
• Giorgio Morelli, Simona Baima (CRA-NUT, Roma)
• Klaus Lindpaintner
