Effect of hypoxia and hyperglycemia on cell bioenergetics
Effetti dell'ipossia e iperglicemia sulla bioenergetica cellulare
Creators: name: Del Sole, Marianna <1981>
Publisher: name: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Year: 2012
Subjects: BIO/10 Biochimica

description: Mitochondria have a central role in energy supply in cells, ROS production and apoptosis and have been implicated in several human disease and mitochondrial dysfunctions in hypoxia have been related with disorders like Type II Diabetes, Alzheimer Disease, inflammation, cancer and ischemia/reperfusion in heart.
When oxygen availability becomes limiting in cells, mitochondrial functions are modulated to allow biologic adaptation. Cells exposed to a reduced oxygen concentration readily respond by adaptive mechanisms to maintain the physiological ATP/ADP ratio, essential for their functions and survival. In the beginning, the AMP-activated protein kinase (AMPK) pathway is activated, but the responsiveness to prolonged hypoxia requires the stimulation of hypoxia-inducible factors (HIFs).
In this work we report a study of the mitochondrial bioenergetics of primary cells exposed to a prolonged hypoxic period . To shine light on this issue we examined the bioenergetics of fibroblast mitochondria cultured in hypoxic atmospheres (1% O2) for 72 hours. Here we report on the mitochondrial organization in cells and on their contribution to the cellular energy state. Our results indicate that prolonged hypoxia cause a significant reduction of mitochondrial mass and of the quantity of the oxidative phosphorylation complexes. Hypoxia is also responsible to damage mitochondrial complexes as shown after normalization versus citrate synthase activity.
HIF-1α plays a pivotal role in wound healing, and its expression in the multistage process of normal wound healing has been well characterized, it is necessary for cell motility, expression of angiogenic growth factor and recruitment of endothelial progenitor cells. We studied hypoxia in the pathological status of diabetes and complications of diabetes and we evaluated the combined effect of hyperglycemia and hypoxia on human dermal ﬁbroblasts (HDFs) and human dermal micro-vascular endothelial cells (HDMECs) that were grown in high glucose, low glucose concentrations and mannitol as control for the osmotic challenge.
description: I mitocondri hanno un ruolo fondamentale nella produzione di energia nella cellula, ma sono coinvolti anche in altri processi tra cui la produzione di ROS e l’apoptosi. Disfunzioni del metabolismo mitocondriale sono state associate a diversi disordini, tra cui: diabete di tipo II, malattia si Alzheimer, infiammazione, cancro ed ischemia cardiaca.
Quando i livelli di ossigeno nella cellula diventano limitanti, la funzione mitocondriale viene modulata per consentire l’adattamento biologico. La via dell’AMP- activated protein kinase (AMPK) ha il compito di monitorare lo stato energetico della cellula mantenendo i livelli fisioligici di ATP/ADP. In seguito all’esposizione prolungata in ambiente ipossico, l’attivazione di HIF-1 e’ in grado di upregolare diversi geni coinvolti nella sopravvivenza cellulare a basse concentrazioni di ossigeno. In questo lavoro, e’ stata valutata la bioenergetica mitocondriale in fibroblasti primari coltivati a basse concentrazioni di ossigeno (1 % O2) per 72 ore; in particolare, abbiamo preso in considerazione l’organizzazione mitocondriale nella cellula e il loro contributo nel mantenere lo stato energetico cellulare. I nostri risultati indicano che l’esposizione prolungata all’ipossia causa una significativa riduzione della massa mitocondriale e della quantita’ dei complessi della fosforilazione ossidativa, nonostante le cellule siano in grado di mantenere i livelli intracellulari di ATP. Inoltre abbiamo studiato l’ipossia nel contesto patologico del diabete ed in particolare delle complicanze del diabete.
E’ noto che l’iperglicemia e l’ipossia, dovuta ad ischemia a danni vascolari, hanno un ruolo importante nell’insorgenza delle complicanze del diabete. 
HIF-1α rappresenta uno stimolo nella rigenerazione delle ferite, in quanto stimola la vascolarizzazione e la migrazione dei cheranociti ed e’ stato ipotizzato che le cellule perdano la capacita’ di adattarsi e rispondere all’ipossia quando sono coltivate in presenza di elevate concentrazioni di glucosio (&gt;25 mM). Abbiamo valutato il ruolo della destabilizzazione di HIF-1α nella produzione di ROS, considerati i principali responsabili della progressione del diabete.