Mitocondri e respirazione placentari

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Filippa Di Pietro
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1 Mitocondri e respirazione placentari Dr Chiara Mandò PhD Dipartimento di Scienze Biomediche e Cliniche L. Sacco Università degli Studi di Milano

e metab fetale Produce e metabolizza ormoni per lo sviluppo fetale organo altamente

2 Placenta: interfaccia tra madre e feto ALTA RICHIESTA ENERGETICA organo di origine fetale metabolicamente attivo Fornisce nutrienti e O 2 per accrescimento tissutale e metab fetale Produce e metabolizza ormoni per lo sviluppo fetale organo altamente differenziato Sinciziotrofoblasto Citotrofoblasto Cellule Vascolari Cellule Stromali

Organelli cellulari presenti nel citoplasma di tutte le cellule eucariotiche a metabolismo aerobico Dotati di un proprio DNA, di forma circolare (mtdna),

(ATP) (RESPIRAZIONE CELLULARE) PRODUZIONE DI ROS (reactive oxygen species, radicali liberi) STRESS OSSIDATIVO > mt marker OxS APOTOSI: centrale di

3 Organelli cellulari presenti nel citoplasma di tutte le cellule eucariotiche a metabolismo aerobico Dotati di un proprio DNA, di forma circolare (mtdna), presente in multiple copie in ogni mitocondrio, in un numero specifico per ogni tipo cellulare FUNZIONI DEL MITOCONDRIO: Mitocondri produzione di ENERGIA (ATP) (RESPIRAZIONE CELLULARE) PRODUZIONE DI ROS (reactive oxygen species, radicali liberi) STRESS OSSIDATIVO > mt marker OxS APOTOSI: centrale di integrazione degli stimoli apoptotici Altre (es. steroidogenesi in st, differenziam. ct>st, ecc ) AIF cytc apoptosome ATP STEROIDS ct>st differentiation ROS ox. stress

4 VISTO RUOLO DI GRANDE IMPORTANZA DEI MITOCONDRI NELLA PLACENTA COINVOLGIMENTO IN PATOLOGIE DELLA GRAVIDANZA CON DISFUNZIONI PLACENTARI? Ritardo di crescita intrauterino (IUGR) e preeclampsia (PE) - insufficienza placentare - esiti negativi della gravidanza e per il futuro adulto (fetal programming) - nessuna terapia (Cetin et al, 2009; Barker and Thornburg, 2013) Caratterizzate da: - IPOSSIA (Pardi et al 1993) - alti livelli di STRESS OSSIDATIVO (Mert et al, 2012) - aumentato stato INFIAMMATORIO (Cozzi et al, 2012; Chaiworapongsa et al, 2014)

5 Livelli mtdna (2 -ΔCt ) Livelli DNA mitocondriale in placente controllo e IUGR Livelli mtdna (2 -ΔCt ) controlli IUGR Livelli mtdna: misura del numero di mitocondri nella cellula Real Time PCR (metodo 2 -ΔCt ) Citocromo-B/nuclear RNAsi-P Placente CONTROLLO (n=26) Placente IUGR (n=25) UV po2 Hp: MAGGIORE mtdna IN IUGR come meccanismo compensatorio all ipossia T-test: p<0.05 Lattuada et al, Placenta 2008

6 Nelle cellule placentari IUGR c è alterazione quantità di mitocondri Ma quanto funzionano? RESPIROMETRIA AD ALTA RISOLUZIONE Misura del consumo di ossigeno cellulare Necessità metodologica di CELLULE ISOLATE Scelto il CITOTROFOBLASTO, cellula placentare molto importante per scambi nutrienti Placente IUGR e PE

7 mtdna in PLACENTA IUGR e PE mtdna in citotrofoblasto IUGR e PE Confermati livelli maggiori mtdna in placente IUGR Nessuna differenza tra placente PE e controlli T-test: p<0.001 Nelle cellule di citotrofoblasto isolate dalle stesse placente, livelli mtdna significativamente MINORI in IUGR vs controlli Nessuna differenza tra citotrofoblasto PE e controlli Mandò et al, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2014

8 Espressione genica ATTIVATORI della BIOGENESI MITOCONDRIALE (replicazione mitocondriale/espressione proteine mt) in citotrofoblasto IUGR PGC1α NRF1 ERRγ MAGGIORE contenuto mitocondriale nel tessuto placentare in IUGR vs ctr, ma MINORE in cellule di citotrofoblasto isolate da esso Altri tipi cellulari della placenta responsabili dell aumento di mtdna nel tessuto T-test: p<0.05 Anelli et al, Rep Sci 2014, suppl.3, abst133 Mandò et al, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2014

9 FUNZIONE MITOCONDRIALE: Consumo di ossigeno in citotrofoblasto IUGR e PE Respirometria ad Alta Risoluzione pmol O 2 /mt pmol O 2 /million cells A 0,8 0,7 pro-mitochondrion 0,6 0,5 B 0,4 0,3 0,2 0, TOTAL (CI+CII) CI CII CIV pro-cell controls Preeclampsia IUGR TOTAL (CI+CII) CI CII CIV MAGGIORE consumo di ossigeno mitocondriale in IUGR vs controlli, anche complessivamente nella cellula T-test (Bonferroni adjustment): p<0.01 Mandò et al, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2014

10 FUNZIONE MITOCONDRIALE: Consumo di ossigeno in citotrofoblasto IUGR -indice di pulsatilità arteria ombelicale- pmol O 2 /mt pmol O 2 /million cells C 0,9 0,8 pro-mitochondrion 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, TOTAL (CI+CII) CI CII CIV pro-cell 250 D controls IUGR with normal PI IUGR with abnormal PI TOTAL (CI+CII) CI CII CIV MAGGIORE consumo di ossigeno in IUGR Più SEVERI, con PI alterato, vs controlli T-test (Bonferroni adjustment): p<0.01 Mandò et al, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2014

11 CORRELAZIONI NEGATIVE SIGNIFICATIVE mtdna citotrofoblasto/consumo di ossigeno pro-mt controlli IUGR PE R 2 =0.3 p=0.02 R 2 =0.3 p=0.02 R 2 =0.6 p<0.001 Consumo di ossigeno correla negativamente con livelli mtdna Tanti meno mitocondri nella cellula, tanto più ognuno di essi respira Pearson Correlation

12 DISCUSSIONE Possibile meccanismo compensatorio in IUGR, per sostenere crescita fetale in condizioni di insufficienza placentare severa Minore rilascio di O 2 ai feti IUGR dovuto ad un maggiore tasso di consumo di O 2 placentare LIMITE: epoca gestazionale in IUGR e PE < controlli - Nella popolazione totale nessuna correlazione tra epoca gestaz e consumo O 2 - In topo riportato maggiore consumo di O 2 placentare in modello IUGR vs controlli, alla STESSA epoca gestazionale (Mayeur et al, 2013)

13 MITOCONDRI IN PLACENTE DI DONNE OBESE senza diabete gestazionale né complicazioni ostetriche Obesità: maggior rischio di problemi gestazionali e crescita fetale Stato infiammatorio e stress ossidativo In altri tessuti associata a disfunzioni mt POSTER SIMP n.18 p=0.000 controlli obese R 2 =0.54 p=0.000 > mtdna possibile conseguenza dell aumento di infiammazione dovuto all effetto lipotossico degli acidi grassi intracellulari

14 CONCLUSIONI disfunzioni mitocondriali riscontrate in placente IUGR e di donne obese suggeriscono un ruolo fondamentale dei mitocondri per la funzionalità placentare

Sacco, Università degli Studi di Milano Prof Irene

Farmacologia Clinica Prof Emilio Clementi Dr Clara

Sacco Staff di medici, specializzandi e ostetriche

15 Grazie. Dipartimento di Scienze Biomediche e Cliniche Luigi Sacco, Università degli Studi di Milano Prof Irene Cetin Dott Gaia Anelli Dott Chiara Novielli Unità di Farmacologia Clinica Prof Emilio Clementi Dr Clara De Palma Unità di Ginecologia e Ostetricia Ospedale Sacco Staff di medici, specializzandi e ostetriche Ospedale dei Bambini V. Buzzi Unità di Ginecologia e Ostetricia Prof Enrico Ferrazzi Dr Tamara Stampalija

17 Maternal and fetal demographic data A IUGR+IUGR with PE (n=10) PE only (n=6) Controls (n=8) Maternal age (years) 34.9 ± ± ±7.5 BMI (kg/m 2 ) 22.5 ± ± ±3.2 Gestational age (weeks) 32.6 ± ± ±0.2 Fetal weight (g) 1401 ± ± ±250.9 Placental weight (g) 244 ± ± ±75 Mandò et al, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2014

18 Prenatal and neonatal baseline data of cases stratified according to the prenatal diagnosis of IUGR B Gestational age at U/S and Doppler examination (weeks) Abdominal circumference (percentile) PI uterine arteries PI umbilical arteries Gestational age at delivery (weeks) Neonatal weight (g) Fetal gender Neonatal weight (percentile) IUGR 27 <5 A A M < IUGR 27 <5 A A F < IUGR/PE 27 <5 A A F <5 145 IUGR 32 <5 A A F <5 161 IUGR 33 <5 A A F < IUGR 34 <5 A A F < IUGR 34 <5 A N F <5 276 IUGR 34 <5 A N M < IUGR 36 <5 N N F <5 320 IUGR/PE 35 <5 A N M <5 378 PE A N M PE A A M PE A N M PE A N M PE N N F PE N N F Placental weight (g) Mandò et al, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2014

19 umbilical venous po2 (mmhg) OXYGEN Relationship between umbilical venous po 2 and uterine venous po 2 at CS AGA IUGR PE-IUGR AGA Uterine venous po2 Uterine-umbilical venous gradients Coefficient of uterine oxygen extraction uterine venous po2 (mmhg) Cetin and Radaelli, Placenta 2003

20 - Tutte placente da taglio cesareo elettivo - Dati clinici: età e BMI materno non diversi, invece epoca gestazionale, peso fetale e placentare signific minori in IUGR - mtdna non correlava con epoca gestazionale mtdna tessuto/cito: HP: - biogenesi mt è regolata da concentrazione di O 2 (Zung et al, 2007; Gutsaeva et al, 2008) - in IUGR maggiore gradiente trans-placentare di po 2 (tra flusso materno e fetale) (Pardi et al, 1992; Regnault et al, 2007). biogenesi mt alterata dalle concentrazioni di O 2 in zone della placenta HP: alta funzionalità catena respiratoria in citotrofobl può produrre eccesso di ROS e causare ulteriore danno vascolare, che può stimolare biogenesi mt in cellule endoteliali fetali e placentari. HP: produzione di progesterone, che avviene nel sinciziotrof e non cito(e regola la biogenesi mt) è alterata in IUGR: in sincizio IUGR potrebbe essere stimolata così la biogenesi mt Possibile causa aumento mt in placenta IUGR: RESTRIZIONE CALORICA, ampiamente dimostrata in IUGR, e che in altri tessuti regola biogenesi mitocondriale

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