Estudio del metabolismo de la glucosa en condrocitos humanos utilizando un modelo celular "in vitro"

Abstract

[Resumen] Los condrocitos, único tipo celular presente en el cartílago articular, son los encargados de mantener el equilibrio entre los procesos anabólicos y catabólicos del tejido, cuando este equilibro se rompe a favor de los procesos destructivos comienza la degradación del mismo generando las lesiones características de la artrosis (OA). Por lo que el mantenimiento de los requerimientos energéticos de los condrocitos son claves para evitar este deterioro. Debido a la baja disponibilidad de oxígeno en el cartílago articular, el principal metabolismo de los condrocitos es la glucólisis anaerobia. Sin embargo, cuando esta vía se ve desbordada, los condrocitos utilizan la vía oxidativa, siendo ésta responsable de la producción de  25% del ATP total. Para estudiar la importancia que tiene esta vía en el metabolismo del condrocito y en el proceso artrósico, en este trabajo se valora el uso del inhibidor del transportador de piruvato a la mitocondria (MCP), UK5099, en un modelo in vitro de condrocitos humanos, la línea celular T/C-28a2. Se incubaron estas células con distintas concentraciones del inhibidor y se valoró su efecto en células expuestas a concentración baja y alta de glucosa en el medio. Se analizó la viabilidad celular tras la exposición a distintas concentraciones de UK5099, así como la producción de ROS mitocondriales y la expresión de genes relacionados con el metabolismo de la glucosa (SLC2A1 y HK2) y aquellos relacionados con degradación de la matriz extracelular del cartílago (MMP3 y MMP13) e inflamación (IL1beta). Los resultados mostraron que las concentraciones más elevadas de UK5099 descienden la viabilidad celular, seleccionando así para el desarrollo del trabajo 2, 5 y 10 μM. Los niveles de anión superóxido (O2-) disminuyen tras la exposición a 2μM del inhibidor, notándose un ligero aumento de esta especie reactiva ante las concentraciones más elevadas. A nivel de la expresión génica se observó mayor modulación tras la exposición a 2μM, mostrando un aumento de la expresión de HK2, así como de los genes relacionados con la patología artrósica, MMP13 e IL1beta. Estos resultados podrían ayudar a comprender la importancia de la vía glucolítica aerobia del condrocito en el mantenimiento del cartílago articular y por tanto en el proceso artrósico.

[Abstract] The chondrocytes, the only cellular type present in the articular cartilage, are the responsible to maintain a balance between the anabolic and catabolic processes in the tissue, when this balance breaks in favour of the destructive processes, the osteoarthritis (OA) begins. The maintenance of chondrocytes energetic requirements is keys to avoid the tissue degeneration. The cartilage has several characteristic and one of then is the low availability of oxygen. In this environmental the main metabolism of the chondrocytes is the anaerobic glycolysis. However it is know that these cells can use the oxidative pathway, which is responsible of  25% of the total ATP. To study the magnitude of glucose metabolism in the chondrocytes viability and in the process of OA, the aim of this work will be the check an inhibitor of mitochondrial pyruvate carrier (MPC), UK5099, using T/C-28a2 an in vitro model. Cells were incubated with different UK5099 concentration and its effect was evaluated in presence of low and high glucose concentrations in the cellular culture medium. The cellular viability, mitochondrial ROS production and gene expression (SLC2A1, HK2, MMP3, MMP13 and IL1β) were evaluated. The results showed that higher UK5099 concentrations decreased the cellular viability, with these data, the low concentrations (2, 5 and 10 μM) were selected to analysis the parameter described before. The levels of mitochondrial superoxide anion (O2-) were modulated after the additions of UK5099. The cells treated with UK5099 at 2 μM showed a light increased compared with cells without treatment. The genetic level was modulated after the cell incubation with the MPC inhibitor at 2 μM. Data showed an increase in the levels of HK2 and the genes related with the pathology; MMP13 and IL1β. Data obtained in this work help us to understand the importance of aerobic glycolysis in the chondrocyte for the maintenance of articular cartilage and therefore in the osteoarthritic process.

[Resumo] Os condrocitos, único tipo celular presente no cartílago articular, son os encargados de manter o equilibrio entre os procesos anabólicos e catabólicos do tecido, cando este equilibro rompe a favor dos procesos destrutivos comeza a degradacion do mesmo xerando as lesións características da Artrose (OA). Polo que o mantemento dos requirimentos enerxéticos dos condrocitos son claves para evitar esta deterioración. Debido á baixa dispoñibilidade de osíxeno na cartilaxe articular, o principal metabolismo dos condrocitos é a glicólise anaerobia. Con todo, cando esta vía vese desbordada, os condrocitos utilizan a vía oxidativa, sendo esta responsable da produción de  25% do ATP total. Para estudar a importancia que ten esta vía no metabolismo do condrocito e no proceso artrósico, neste traballo valórase o uso do inhibidor do transportador de piruvato á mitocondia (MCP), UK5099, nun modelo in vitro de condrocitos humanos, a liña celular T/C-28a2. Incubáronse estas células con distintas concentracións do inhibidor e valorouse o seu efecto en células expostas a concentración baixa e alta de glicosa no medio. Analizouse a viabilidade celular tras a exposición a distintas concentracións de UK5099, así como a produción de ROS mitocondriais e a expresión de xenes relacionados co metabolismo da glicosa (SLC2A1 e HK2) e aqueles relacionados coa degradación da matriz extracelular da cartilaxe (MMP3 e MMP13) e inflamación (IL1β). Os resultados mostraron que a concentracións máis elevadas de UK5099 descende a viabilidade celular, seleccionando así para o desenvolvemento do traballo 2, 5 e 10 μM. Os niveis de anión superóxido (O2-) diminúen tras a exposición a 2 μM do inhibidor, notándose un lixeiro aumento desta especie reactiva ante as concentracións máis elevadas. A nivel da expresión génica observouse maior modulación tras a exposición a 2μM, mostrando un aumento da expresión de HK2, así como dos xenes relacionados coa patoloxía artrósica, MMP13 e IL1β. Estes resultados poderían axudar a comprender a importancia da vía glicolítica aerobia do condrocito no mantemento da cartilaxe articular e por tanto no proceso artrósico.