Contribución de la provisión materna de vitamina E a la regulación del balance rédox y la prevención del daño oxidativo durante el cierre del tubo neural en ratón
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2022
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Los defectos en el cierre del tubo neural (NTD) corresponden a un grupo de malformaciones congénitas del tubo neural, estructura formada durante el desarrollo embrionario temprano que da origen al cerebro y la médula espinal. Entre los factores no genéticos involucrados en la etiología del NTD se encuentran alteraciones metabólicas de la madre y el consumo inadecuado de algunos micronutrientes, como el folato o vitamina B9. En humanos, la obesidad materna y la diabetes han sido reconocidas como factores de riesgo de NTD y se ha propuesto que el estrés oxidativo asociado a estas condiciones interfiere con el cierre del tubo neural. En los últimos años, nuestro laboratorio reportó que cerca del 30-50% de los embriones deficientes para la proteína Scavenger Receptor Class B Type I (SR-B1 KO), el principal receptor de lipoproteínas de alta densidad (HDL), presentan NTD anterior que progresa a anencefalia. Durante el desarrollo temprano, SR-B1 es expresado en tejidos extraembrionarios, específicamente en los trofoblastos gigantes que componen el saco vitelino parietal (pYS). Los embriones SRB1 KO presentan mayores niveles de especies reactivas del oxígeno (ROS) y contienen menos vitamina E que los embriones SR-B1 silvestres o wild type (WT), sugiriendo que SR-B1 participa en la provisión materna de la vitamina E al embrión. La suplementación materna con α-tocoferol, principal isómero de la vitamina E, previene completamente la incidencia de NTD y normaliza los niveles de ROS en los embriones SR-B1 KO, sugiriendo que el daño oxidativo pudiera contribuir a la etiología de los NTD en este modelo. El α-tocoferol es un antioxidante liposoluble que, coordinadamente con el sistema antioxidante endógeno, detiene la reacción en cadena de la peroxidación lipídica, protegiendo a los lípidos del daño oxidativo. En especial, esta vitamina preservaría los ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs), lípidos esenciales para el desarrollo embrionario.
En la primera parte de esta tesis, evaluamos el status oxidativo en embriones WT, SR-B1 KO normales y SR-B1 KO con NTD mediante la determinación de los niveles de algunas moléculas antioxidantes endógenas y de un marcador de lipoperoxidación. Adicionalmente, caracterizamos las abundancias relativas de PUFAs en fosfolípidos y otros lípidos en los respectivos grupos
embrionarios usando la tecnología de shotgun lipidomics. Los resultados obtenidos no mostraron una alteración del sistema antioxidante endogéno en los embriones SR-B1 KO, pero sí un aumento de la lipoperoxidación. Ni los niveles de vitamina E embrionaria ni la peroxidación lipídica se previnieron al
suplementar a las madres con una dieta enriquecida con vitamina E. En conjunto, estos resultados sugieren que el mecanismo de acción de la vitamina E en la prevención de los NTD en embriones SR-B1 KO estaría mediado por un efecto no sobre el embrión mismo, sino indirecto y mediado por el pYS. Sin embargo, el análisis mediante WB de vías de señalización asociadas a la producción de ROS extracelular en el pYS no mostró diferencias entre tejidos de preñeces con o sin la intervención con vitamina E. Si bien el rol de dicho tejido embrionario en la prevención de NTD mediada por vitamina E no pudo ser demostrado, es posible que otras vías o procesos indirectos, no analizados en esta tesis, expliquen dicho efecto. A través del análisis de lipidómica observamos que la deficiencia de SR-B1 se asoció a niveles disminuidos de PUFAs de cadena larga (LCPUFAs), así como de ácidos grasos monoinsaturados (MUFAs) en determinados fosfolípidos y niveles aumentados de lisofosfatidilcolina (LPC), lo cual sugiere la hidrólisis aumentada de lípidos de membrana. Un resultado inesperado de este estudio fue que los embriones SR-B1 KO con NTD exhibieron acumulación de triglicéridos (TG), lo que indicaría movilización de ácidos grasos desde la membrana a gotas lipídicas. Este mecanismo adaptativo se ha observado previamente en células gliales y cancerígenas para proteger a los lípidos de la oxidación y/o la inflamación. Teniendo en cuenta que la obesidad generalmente cursa con un mayor estado oxidativo en humanos y animales, en la segunda parte de esta tesis hipotetizamos que el consumo de una dieta rica en grasas y azúcares (“high fat/high sugar”, HFHS) en ratonas SR-B1 heterocigotas reduciría la provisión embrionaria de vitamina E y aumentaría la incidencia de NTD debido a un aumento en los requerimientos antioxidantes maternos. Tal como esperábamos, la dieta HFHS indujo una alteración en el metabolismo materno de la glucosa y los lípidos, y aumentó la incidencia de NTD en los embriones KO y heterocigotos, y también se asoció a la ocurrencia de NTD en embriones WT. Además, la alimentación de las ratonas con esta dieta provocó retardo del desarrollo de los embriones, de manera independiente del genotipo de SR-B1. Los efectos teratogénicos de la dieta no fueron mediados por una reducción en los niveles de la vitamina E en plasma materno ni tampoco observamos un aumento en el daño oxidativo en madres o embriones de gestaciones del grupo HFHS. Interesantemente, mientras que las hembras alimentadas con la dieta HFHS presentaron intolerancia a la glucosa, mayores niveles de péptido C plasmático, hipercolesterolemia y acumulación de colesterol en hígado y pYS, la suplementación con vitamina E en ratonas del grupo HFHS previno la incidencia de NTD y el retardo del desarrollo, y corrigió todas las anormalidades metabólicas maternas mencionadas. Estos resultados sugieren que la vitamina E podría ejercer un efecto protector sobre el metabolismo materno, con potenciales ventajas sobre el embrión. En conjunto, los resultados obtenidos en esta tesis sugieren que la vitamina podría prevenir los NTD a través de los siguientes mecanismos: I) manteniendo los niveles adecuados de PUFAs en fosfolípidos en el embrión en desarrollo, posiblemente mediante mecanismos no-antioxidantes, y II) en hembras consumiendo una dieta obesogénica, previniendo las perturbaciones metabólicas maternas en glúcidos y lípidos. Estos resultados confirman que la vitamina E y los PUFAs son moléculas relevantes para el cierre del tubo neural. Por lo tanto, la adecuación de la ingesta de estos lípidos podría servir como estrategia para prevenir los NTD, especialmente en condiciones como la obesidad, diabetes o dislipidemias.
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Tesis (Doctor en Ciencias Médicas)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2022