Hepatic mitochondria in diet-induced obese mice (stereology and molecular analysis)

Reis-Barbosa, Pedro Henrique; Carvalho, Jorge Jose de; Sol, Mariano del; Mandarim-de-Lacerda, Carlos Alberto

SUMMARY:

The world population is going through an obesity epidemic that has severe consequences for the health system. This study focused on studying hepatic mitochondria in obese animals induced by a high-fat (HF) diet and used the model-based stereology in electron micrographs for the quantitative study. Besides, the gene expressions of molecular markers of mitochondrial biogenesis carnitine palmitoyltransferase 1a (Cpt 1α), mitochondrial transcription factor a (Tfam), uncoupling protein 3 (Ucp 3), and nuclear respiratory factor 1 (Nrf 1) were analyzed. The HF diet caused a weight gain of +1820 % comparing the control group (C) with the HF group (from 0.32±0.31 g to 5.5±0.39 g, P<0.001). The HF group showed fat droplets in the hepatocyte cytoplasm (steatosis) and less dense and large mitochondria in transmission electron microscopy. The mitochondria size (cross-section) did not show a significant difference between the groups C and HF. However, the mitochondria numerical density per area was 30 % less, the mitochondrial surface density (outer membrane) was 20 % less, and the mitochondrial volume density was 22 % less in the HF group than the C group. The gene expressions of molecular markers of mitochondrial biogenesis Cpt 1α, Tfam, Ucp 3, and Nrf 1 decreased in the HF group compared to the C group. The quantitative results match perfectly with the molecular ones of mitochondrial biogenesis markers. In the future, it will be crucial to verify if and how these data recover with the reduction of obesity, which would be of significant interest given the current obesity epidemic that affects the world population.

RESUMEN:

La población mundial atraviesa una epidemia de obesidad que tiene graves consecuencias para el sistema de salud. Este estudio se centró en el análisis de las mitocondrias hepáticas en animales obesos inducidos por una dieta alta en grasas (HF) y utilizó la estereología basada en modelos en micrografías electrónicas para el estudio cuantitativo. Además, se analizaron las expresiones génicas de los marcadores moleculares de la biogénesis mitocondrial carnitina palmitoiltransferasa 1a (Cpt 1α), factor de transcripción mitocondrial a (Tfam), proteína desacoplante 3 (Ucp 3) y factor respiratorio nuclear 1 (Nrf 1). La dieta HF provocó un aumento de peso de +1820 % comparando el grupo de control (C) con el grupo HF (de 0,32 ± 0,31 g a 5,5 ± 0,39 g, P <0,001). El grupo HF mostró gotas de grasa en el citoplasma de los hepatocitos (esteatosis) y mitocondrias menos densas y grandes en la microscopía electrónica de transmisión. El tamaño de las mitocondrias (sección transversal) no mostró una diferencia significativa entre los grupos C y HF. Sin embargo, la densidad numérica de mitocondrias por área fue 30% menor, la densidad de superficie mitocondrial (membrana externa) fue 20 % menor y la densidad de volumen mitocondrial fue 22 % menor en el grupo HF que en el grupo C. Las expresiones génicas de los marcadores moleculares de la biogénesis mitocondrial Cpt 1α, Tfam, Ucp 3 y Nrf 1 disminuyeron en el grupo HF en comparación con el grupo C. Los resultados cuantitativos coinciden perfectamente con los moleculares de los marcadores de biogénesis mitocondrial. En el futuro, será crucial verificar si estos datos se recuperan y cómo se recuperan con la reducción de la obesidad, lo que sería de gran interés dada la actual epidemia de obesidad que afecta a la población mundial.