Significance of DNA base excision repair in the maintenance of mitochondrial function in Saccharomyces cerevisiae /

Mitochondria have an important role in cell metabolism, being the major site of ATP production via oxidative phosphorylation (OXPHOS). Accumulation of mtDNA mutations have been linked to the development of respiratory dysfunction, apoptosis, and aging. Base excision repair (BER) is the major and the only certain repair pathway existing in mitochondria that is in responsible for removing and repairing various base modifications as well as abasic sites (AP sites). In this research, Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) BER gene knockout strains, including 3 single DNA glycosylase gene knockout strains and Ap endonuclease (Apn 1 p) knockout strain were used to examine the importance of this DNA repair pathway to the maintenance of respiratory function. Here, I show that individual DNA glycosylases are nonessential in maintenance of normal function in yeast mitochondria, corroborating with previous research in mammalian experimental models. The yeast strain lacking Apn 1 p activity exhibits respiratory deficits, including inefficient and significantly low intracellular ATP level, which maybe due to partial uncoupling of OXPHOS. Growth of this yeast strain on respiratory medium is inhibited, but no evidence was found for increased ROS level in Apn 1 p mitochondria. This strain also shows an increased cell size, and this observation combined with an uncoupled OXPHOS may indicate a premature aging in the Apnlp knockout strain, but more evidence is needed to support this hypothesis. However, the BER is necessary for maintenance of mitochondrial function in respiring S.cerevisiae.

Changes in mitochondrial PLIN3 and PLIN5 protein content in rat skeletal muscle following acute contraction and endurance training

Surrounding lipid droplets in skeletal muscle are the perilipin (PLIN2-5) family of proteins, regulating lipid droplet metabolism. During exercise lipid droplets provide fatty acids to the mitochondria for oxidation while increasing their proximity to each other. Whether PLIN3 and PLIN5 associate with mitochondria following contraction has not been examined. To determine whether contraction altered mitochondrial PLIN3 and PLIN5 content, sedentary and endurance trained rats underwent acute contraction. The main outcomes are; 1) mitochondrial PLIN3 content is unaltered while mitochondrial PLIN5 content is increased following an acute contraction 2) mitochondrial PLIN3 content is higher in endurance trained rats when compared to sedentary and mitochondrial PLIN5 content is similar in both conditions 3) only PLIN5 mitochondrial content is increased similarly in both groups following acute contraction. This work highlights the dynamics of these two PLIN proteins, which may have roles not only on the lipid droplet but also on the mitochondria.

Étude de l'implication des navettes du pyruvate découlant du métabolisme mitochondrial du glucose dans la régulation de la sécrétion d'insuline par les cellules bêta pancréatiques

Le diabète est une maladie métabolique qui se caractérise par une résistance à l’insuline des tissus périphériques et par une incapacité des cellules β pancréatiques à sécréter les niveaux d’insuline appropriés afin de compenser pour cette résistance. Pour mieux comprendre les mécanismes déficients dans les cellules β des patients diabétiques, il est nécessaire de comprendre et de définir les mécanismes impliqués dans le contrôle de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Dans les cellules β pancréatiques, le métabolisme du glucose conduit à la production de facteurs de couplage métabolique, comme l’ATP, nécessaires à la régulation de l’exocytose des vésicules d’insuline. Le mécanisme par lequel la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose déclenche l’exocytose des vésicules d’insuline est bien décrit dans la littérature. Cependant, il ne peut à lui seul réguler adéquatement la sécrétion d’insuline. Le malonyl-CoA et le NADPH sont deux autres facteurs de couplage métaboliques qui ont été suggérés afin de relier le métabolisme du glucose à la régulation de la sécrétion d’insuline. Les mécanismes impliqués demeurent cependant à être caractérisés. Le but de la présente thèse était de déterminer l’implication des navettes du pyruvate, découlant du métabolisme mitochondrial du glucose, dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans les cellules β, les navettes du pyruvate découlent de la combinaison des processus d’anaplérose et de cataplérose et permettent la transduction des signaux métaboliques provenant du métabolisme du glucose. Dans une première étude, nous nous sommes intéressés au rôle de la navette pyruvate/citrate dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose, puisque cette navette conduit à la production dans le cytoplasme de deux facteurs de couplage métabolique, soit le malonyl-CoA et le NADPH. De plus, la navette pyruvate/citrate favorise le flux métabolique à travers la glycolyse en réoxydation le NADH. Une étude effectuée précédemment dans notre laboratoire avait suggéré la présence de cette navette dans les cellules β pancréatique. Afin de tester notre hypothèse, nous avons ciblé trois étapes de cette navette dans la lignée cellulaire β pancréatique INS 832/13, soit la sortie du citrate de la mitochondrie et l’activité de l’ATP-citrate lyase (ACL) et l’enzyme malique (MEc), deux enzymes clés de la navette pyruvate/citrate. L’inhibition de chacune de ces étapes par l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique ou de la technologie des ARN interférant a corrélé avec une réduction significative de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Les résultats obtenus suggèrent que la navette pyruvate/citrate joue un rôle critique dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Parallèlement à notre étude, deux autres groupes de recherche ont suggéré que les navettes pyruvate/malate et pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate étaient aussi importantes pour la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ainsi, trois navettes découlant du métabolisme mitochondrial du glucose pourraient être impliquées dans le contrôle de la sécrétion d’insuline. Le point commun de ces trois navettes est la production dans le cytoplasme du NADPH, un facteur de couplage métabolique possiblement très important pour la sécrétion d’insuline. Dans les navettes pyruvate/malate et pyruvate/citrate, le NADPH est formé par MEc, alors que l’isocitrate déshydrogénase (IDHc) est responsable de la production du NADPH dans la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate. Dans notre première étude, nous avions démontré l’importance de l’expression de ME pour la sécrétion adéquate d’insuline en réponse au glucose. Dans notre deuxième étude, nous avons testé l’implication de IDHc dans les mécanismes de régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. La diminution de l’expression de IDHc dans les INS 832/13 a stimulé la sécrétion d’insuline en réponse au glucose par un mécanisme indépendant de la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose. Ce résultat a ensuite été confirmé dans les cellules dispersées des îlots pancréatiques de rat. Nous avons aussi observé dans notre modèle que l’incorporation du glucose en acides gras était augmentée, suggérant que la diminution de l’activité de IDHc favorise la redirection du métabolisme de l’isocitrate à travers la navette pyruvate/citrate. Un mécanisme de compensation à travers la navette pyruvate/citrate pourrait ainsi expliquer la stimulation de la sécrétion d’insuline observée en réponse à la diminution de l’expression de IDHc. Les travaux effectués dans cette deuxième étude remettent en question l’implication de l’activité de IDHc, et de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate, dans la transduction des signaux métaboliques reliant le métabolisme du glucose à la sécrétion d’insuline. La navette pyruvate/citrate est la seule des navettes du pyruvate à conduire à la production du malonyl-CoA dans le cytoplasme des cellules β. Le malonyl-CoA régule le métabolisme des acides gras en inhibant la carnitine palmitoyl transférase 1, l’enzyme limitante dans l’oxydation des acides gras. Ainsi, l’élévation des niveaux de malonyl-CoA en réponse au glucose entraîne une redirection du métabolisme des acides gras vers les processus d’estérification puis de lipolyse. Plus précisément, les acides gras sont métabolisés à travers le cycle des triglycérides/acides gras libres (qui combinent les voies métaboliques d’estérification et de lipolyse), afin de produire des molécules lipidiques signalétiques nécessaires à la modulation de la sécrétion d’insuline. Des études effectuées précédemment dans notre laboratoire ont démontré que l’activité lipolytique de HSL (de l’anglais hormone-sensitive lipase) était importante, mais non suffisante, pour la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans une étude complémentaire, nous nous sommes intéressés au rôle d’une autre lipase, soit ATGL (de l’anglais adipose triglyceride lipase), dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose et aux acides gras. Nous avons démontré que ATGL est exprimé dans les cellules β pancréatiques et que son activité contribue significativement à la lipolyse. Une réduction de son expression dans les cellules INS 832/13 par RNA interférant ou son absence dans les îlots pancréatiques de souris déficientes en ATGL a conduit à une réduction de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose en présence ou en absence d’acides gras. Ces résultats appuient l’hypothèse que la lipolyse est une composante importante de la régulation de la sécrétion d’insuline dans les cellules β pancréatiques. En conclusion, les résultats obtenus dans cette thèse suggèrent que la navette pyruvate/citrate est importante pour la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ce mécanisme impliquerait la production du NADPH et du malonyl-CoA dans le cytoplasme en fonction du métabolisme du glucose. Cependant, nos travaux remettent en question l’implication de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Le rôle exact de IDHc dans ce processus demeure cependant à être déterminé. Finalement, nos travaux ont aussi démontré un rôle pour ATGL et la lipolyse dans les mécanismes de couplage métabolique régulant la sécrétion d’insuline.

Regulation of lipid metabolism in adipocytes and hepatocytes by hexarelin through scavenger receptor CD36

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides.

A mitochondrial perspective on striated muscle physiopathology: insights from sepsis, denervation, and dystrophinopathies.

La mitochondrie est de plus en plus reconnue pour sa contribution à la dégénerescence musculaire. Les dysfonctions mitochondriales, en plus de causer une défaillance énergétique, contribuent à la signalisation apoptotique, stimule la production de ROS et peuvent induire une surcharge calcique. Ces caractéristiques sont tous reliées à certains types de myopathies. Cette thèse met en lumières comment certaines dysfonctions mitochondriales peuvent intervenir dans la pathogenèse de diverses myopathies. Nous démontrons que les dysfonctions mitochondriales sont impliqués dans l’atrophie dû à la perte d’innervation. Par contre, la désensabilisation de l’ouverture du pore mitochondrial de transition de perméabilité, via ablation génétique de cyclophiline-D, ne prévient ni la signalisation apoptotique mitochondrial ni l’atrophie. Nous avons aussi observé des dysfonctions mitochondriales dans le muscle atteint de dystrophie musculaire de Duchenne qui furent améliorés suite à une transfection de PGC1-α, laquelle résulta aussi en une amélioration de la pathologie. Finalement, nous démontrons que le recyclage de mitochondrie par les voies de mitophagies et de contrôles de la qualité impliquant Parkin et possiblement d’autres voies de signalisation inconnues sont cruciales au recouvrement cardiaqe lors d’un choc septique.

Early metabolic adaptation in C57BL/6 mice resistant to high fat diet induced weight gain involves an activation of mitochondrial oxidative pathways

We investigated the short-term (7 days) and long-term (60 days) metabolic effect of high fat diet induced obesity (DIO) and weight gain in isogenic C57BL/6 mice and examined the specific metabolic differentiation between mice that were either strong-responders (SR), or non-responders (NR) to weight gain. Mice (n = 80) were fed a standard chow diet for 7 days prior to randomization into a high-fat (HF) (n = 56) or a low-fat (LF) (n = 24) diet group. The (1)H NMR urinary metabolic profiles of LF and HF mice were recorded 7 and 60 days after the diet switch. On the basis of the body weight gain (BWG) distribution of HF group, we identified NR mice (n = 10) and SR mice (n = 14) to DIO. Compared with LF, HF feeding increased urinary excretion of glycine conjugates of β-oxidation intermediate (hexanoylglycine), branched chain amino acid (BCAA) catabolism intermediates (isovalerylglycine, α-keto-β-methylvalerate and α-ketoisovalerate) and end-products of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) metabolism (N1-methyl-2-pyridone-5-carboxamide, N1-methyl-4-pyridone-3-carboxamide) suggesting up-regulation of mitochondrial oxidative pathways. In the HF group, NR mice excreted relatively more hexanoylglycine, isovalerylglycine, and fewer tricarboxylic acid (TCA) cycle intermediate (succinate) in comparison to SR mice. Thus, subtle regulation of ketogenic pathways in DIO may alleviate the saturation of the TCA cycle and mitochondrial oxidative metabolism.

Myostatin is a key mediator between energy metabolism and endurance capacity of skeletal muscle

Myostatin (Mstn) participates in the regulation of skeletal muscle size and has emerged as a regulator of muscle metabolism. Here, we hypothesized that lack of myostatin profoundly depresses oxidative phosphorylation-dependent muscle function. Toward this end, we explored Mstn/ mice as a model for the constitutive absence of myostatin and AAV-mediated overexpression of myostatin propeptide as a model of myostatin blockade in adult wild-type mice. We show that muscles from Mstn/ mice, although larger and stronger, fatigue extremely rapidly. Myostatin deficiency shifts muscle from aerobic toward anaerobic energy metabolism, as evidenced by decreased mitochondrial respiration, reduced expression of PPAR transcriptional regulators, increased enolase activity, and exercise-induced lactic acidosis. As a consequence, constitutively reduced myostatin signaling diminishes exercise capacity, while the hypermuscular state of Mstn/ mice increases oxygen consumption and the energy cost of running. We wondered whether these results are the mere consequence of the congenital fiber-type switch toward a glycolytic phenotype of constitutive Mstn/ mice. Hence, we overexpressed myostatin propeptide in adult mice, which did not affect fiber-type distribution, while nonetheless causing increased muscle fatigability, diminished exercise capacity, and decreased Pparb/d and Pgc1a expression. In conclusion, our results suggest that myostatin endows skeletal muscle with high oxidative capacity and low fatigability, thus regulating the delicate balance between muscle mass, muscle force, energy metabolism, and endurance capacity.

MITOCHONDRIAL RESPIRATORY CHAIN AND CREATINE KINASE ACTIVITIES IN mdx MOUSE BRAIN

In this study we investigated energy metabolism in the mdx mouse brain. To this end, prefrontal cortex, cerebellum, hippocampus, striatum, and cortex were analyzed. There was a decrease in Complex I but not in Complex 11 activity in all structures. There was an increase in Complex III activity in striatum and a decrease in Complex IV activity in prefrontal cortex and striatum. Mitochondrial creatine kinase activity was increased in hippocampus, prefrontal cortex, cortex, and striatum. Our results indicate that there is energy metabolism dysfunction in the mdx mouse brain. Muscle Nerve 41: 257-260, 2010

Palmitate increases superoxide production through mitochondrial electron transport chain and NADPH oxidase activity in skeletal muscle cells

The effect of unbound palmitic acid (PA) at plasma physiological concentration range on reactive oxygen species (ROS) production by cultured rat skeletal muscle cells was investigated. The participation of the main sites of ROS production was also examined. Production of ROS was evaluated by cytochrome c reduction and dihydroethidium oxidation assays. PA increased ROS production after 1 h incubation. A xanthine oxidase inhibitor did not change PA-induced ROS production. However, the treatment with a mitochondrial uncoupler and mitochondrial complex III inhibitor decreased superoxide production induced by PA. The importance of mitochondria was also evaluated in 1 h incubated rat soleus and extensor digitorum longus (EDL) muscles. Soleus muscle, which has a greater number of mitochondria than EDL, showed a higher superoxide production induced by PA. These results indicate that mitochondrial electron transport chain is an important contributor for superoxide formation induced by PA in skeletal muscle. Results obtained with etomoxir and bromopalmitate treatment indicate that PA has to be oxidized to raise ROS production. A partial inhibition of superoxide formation induced by PA was observed by treatment with diphenylene iodonium, an inhibitor of NADPH oxidase. The participation of this enzyme complex was confirmed through an increase of p47(phox) phosphorylation after treatment with PA.

Saturated Fatty Acid-Induced Insulin Resistance Is Associated With Mitochondrial Dysfunction in Skeletal Muscle Cells

Increased plasma levels of free fatty acids (FFA) occur in states of insulin resistance such as obesity and type 2 diabetes mellitus. These high levels of plasma FFA are proposed to play an important role for the development of insulin resistance but the mechanisms involved are still unclear. This study investigated the effects of saturated and unsaturated FFA on insulin sensitivity in parallel with mitochondrial function. C2C12 myotubes were treated for 24 h with 0.1 mM of saturated (palmitic and stearic) and unsaturated (oleic, linoleic, eicosapentaenoic, and docosahexaenoic) FFA. After this period, basal and insulin-stimulated glucose metabolism and mitochondrial function were evaluated. Saturated palmitic and stearic acids decreased insulin-induced glycogen synthesis, glucose oxidation, and lactate production. Basal glucose oxidation was also reduced. Palmitic and stearic acids impaired mitochondrial function as demonstrated by decrease of both mitochondrial hyperpolarization and ATP generation. These FFA also decreased Akt activation by insulin. As opposed to saturated FFA, unsaturated FFA did not impair glucose metabolism and mitochondrial function. Primary cultures of rat skeletal muscle cells exhibited similar responses to saturated FFA as compared to C2C12 cells. These results show that in muscle cells saturated FFA-induced mitochondrial dysfunction associated with impaired insulin-induced glucose metabolism. J. Cell. Physiol. 222: 187-194, 2010. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

Disruption of the circadian clock within the cardiomyocyte influences myocardial contractile function, metabolism, and gene expression

Virtually every mammalian cell, including cardiomyocytes, possesses an intrinsic circadian clock. The role of this transcriptionally based molecular mechanism in cardiovascular biology is poorly understood. We hypothesized that the circadian clock within the cardiomyocyte influences diurnal variations in myocardial biology. We, therefore, generated a cardiomyocyte-specific circadian clock mutant (CCM) mouse to test this hypothesis. At 12 wk of age, CCM mice exhibit normal myocardial contractile function in vivo, as assessed by echocardiography. Radiotelemetry studies reveal attenuation of heart rate diurnal variations and bradycardia in CCM mice (in the absence of conduction system abnormalities). Reduced heart rate persisted in CCM hearts perfused ex vivo in the working mode, highlighting the intrinsic nature of this phenotype. Wild-type, but not CCM, hearts exhibited a marked diurnal variation in responsiveness to an elevation in workload (80 mmHg plus 1 mu M epinephrine) ex vivo, with a greater increase in cardiac power and efficiency during the dark (active) phase vs. the light (inactive) phase. Moreover, myocardial oxygen consumption and fatty acid oxidation rates were increased, whereas cardiac efficiency was decreased, in CCM hearts. These observations were associated with no alterations in mitochondrial content or structure and modest mitochondrial dysfunction in CCM hearts. Gene expression microarray analysis identified 548 and 176 genes in atria and ventricles, respectively, whose normal diurnal expression patterns were altered in CCM mice. These studies suggest that the cardiomyocyte circadian clock influences myocardial contractile function, metabolism, and gene expression.

The novel ruthenium-gamma-linolenic complex [Ru(2)(aGLA)(4)Cl] inhibits C6 rat glioma cell proliferation and induces changes in mitochondrial membrane potential, increased reactive oxygen species generation and apoptosis in vitro

The present study reports the synthesis of a novel compound with the formula [Ru(2)(aGLA)(4)Cl] according to elemental analyses data, referred to as Ru(2)GLA. The electronic spectra of Ru(2)GLA is typical of a mixed valent diruthenium(II,III) carboxylate. Ru(2)GLA was synthesized with the aim of combining and possibly improving the anti-tumour properties of the two active components ruthenium and gamma-linolenic acid (GLA). The properties of Ru(2)GLA were tested in C6 rat glioma cells by analysing cell number, viability, lipid droplet formation, apoptosis, cell cycle distribution, mitochondrial membrane potential and reactive oxygen species. Ru(2)GLA inhibited cell proliferation in a time and concentration dependent manner. Nile Red staining suggested that Ru(2)GLA enters the cells and ICP-AES elemental analysis found all increase in ruthenium from <0.02 to 425 mg/Kg in treated cells. The sub-G1 apoptotic cell population was increased by Ru(2)GLA (22 +/- 5.2%) when analysed by FACS and this was confirmed by Hoechst staining of nuclei. Mitochondrial membrane potential was decreased in the presence of Ru(2)GLA (44 +/- 2.3%). In contrast, the cells which maintained a high mitochondrial membrane potential had an increase (18 +/- 1.5%) in reactive oxygen species generation. Both decreased mitochondrial membrane potential and increased reactive oxygen species generation may be involved in triggering apoptosis in Ru(2)GLA exposed cells. The EC(50) for Ru(2)GLA decreased with increasing time of exposure from 285 mu M at 24h, 211 mu M at 48 h to 81 mu M at 72 h. In conclusion, Ru(2)GLA is a novel drug with anti proliferative properties in C6 glioma cells and is a potential candidate for novel therapies in gliomas. Copyright (C) 2009 John Wiley & Sons, Ltd.

Mitochondrial bioenergetics and redox state are unaltered in Trypanosoma cruzi isolates with compromised mitochondrial complex I subunit genes

In trypanosomatids the involvement of mitochondrial complex I in NADH oxidation has long been debated. Here, we took advantage of natural Trypanosoma cruzi mutants which present conspicuous deletions in ND4, ND5 and ND7 genes coding for complex I subunits to further investigate its functionality. Mitochondrial bioenergetics of wild type and complex I mutants showed no significant differences in oxygen consumption or respiratory control ratios in the presence of NADH-linked substrates or FADH(2)-generating succinate. No correlation could be established between mitochondrial membrane potentials and ND deletions. Since release of reactive oxygen species occurs at complex I, we measured mitochondrial H(2)O(2) formation induced by different substrates. Significant differences not associated to ND deletions were observed among the parasite isolates, demonstrating that these mutations are not important for the control of oxidant production. Our data support the notion that complex I has a limited function in T. cruzi.

Tissue-, substrate-, and site-specific characteristics of mitochondrial reactive oxygen species generation

Reactive oxygen species are a by-product of mitochondrial oxidative phosphorylation, derived from a small quantity of superoxide radicals generated during electron transport. We conducted a comprehensive and quantitative study of oxygen consumption, inner membrane potentials, and H(2)O(2) release in mitochondria isolated from rat brain, heart, kidney, liver, and skeletal muscle, using various respiratory substrates (alpha-ketoglutarate, glutamate, succinate, glycerol phosphate, and palmitoyl carnitine). The locations and properties of reactive oxygen species formation were determined using oxidative phosphorylation and the respiratory chain modulators oligomycin, rotenone, myxothiazol, and antimycin A and the Uncoupler CCCP. We found that in mitochondria isolated from most tissues incubated under physiologically relevant conditions, reactive oxygen release accounts for 0.1-0.2% of O(2) consumed. Our findings support an important participation of flavoenzymes and complex III and a substantial role for reverse electron transport to complex I as reactive oxygen species sources. Our results also indicate that succinate is an important substrate for isolated mitochondrial reactive oxygen production in brain, heart, kidney, and skeletal muscle, whereas fatty acids generate significant quantities of oxidants in kidney and liver. Finally, we found that increasing respiratory rates is an effective way to prevent mitochondrial oxidant release under many, but not all, conditions. Altogether, our data uncover and quantify many tissue-, substrate-, and site-specific characteristics of mitochondrial ROS release. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Mitochondrial ion transport pathways: Role in metabolic diseases

Mitochondria are the central coordinators of energy metabolism and alterations in their function and number have long been associated with metabolic disorders such as obesity, diabetes and hyperlipidemias. Since oxidative phosphorylation requires an electrochemical gradient across the inner mitochondrial membrane, ion channels in this membrane certainly must play an important role in the regulation of energy metabolism. However, in many experimental settings, the relationship between the activity of mitochondrial ion transport and metabolic disorders is still poorly understood. This review briefly summarizes some aspects of mitochondrial H(+) transport (promoted by uncoupling proteins, UCPs). Ca(2+) and K(+) uniporters which may be determinant in metabolic disorders. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.