Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10316/87828
Title: Modulation of complex I and oxidative capacity in cells under metabolic stress: the interplay between miR-378a-3p and metformin
Other Titles: Modulação do complexo I e capacidade oxidativa em células sob stress metabólico: a interação entre miR-378a-3p e metformina
Authors: Machado, Ivo Manuel Ferreira 
Orientador: Rolo, Anabela Pinto
Keywords: Metformina; miR-378a-3p; Sestrina-2; Hiperglicemia; Mitofagia; Metformin; miR-378a-3p; Sestrin-2; Hyperglycaemia; Mitophagy
Issue Date: 23-Jul-2019
Serial title, monograph or event: Modulation of complex I and oxidative capacity in cells under metabolic stress: the interplay between miR-378a-3p and metformin
Place of publication or event: MitoLab, Centro de Neurociências e Biologia Celular (CNC) e Departamento de Ciências da Vida, Universidade de Coimbra
Abstract: Doenças metabólicas, tais como Diabetes Mellitus do Tipo 2 (T2DM) e obesidade, são caracterizadas por alterações no metabolismo da glucose e por disfunção mitocondrial. Uma vez que a prevalência destas doenças continua a aumentar, há uma necessidade em perceber as causas e os mecanismos patológicos pelos quais elas são reguladas, com o intuito de desenvolver estratégias terapêuticas novas e mais eficientes. Atualmente, a metformina, um fármaco biguanida, continua a ser o tratamento mais usado para T2DM, sendo conhecida pelos seus efeitos na inibição da gluconeogénese hepática. Contudo, a metformina também foi identificada na regulação de pequenos RNAs-alvo não codificantes (microRNAs). Deste modo, este trabalho teve como objetivo estudar o efeito da metformina na ativação do miR-378a-3p, que foi identificado como sendo um elemento importante na regulação do metabolismo da glucose, e da autofagia. Este miRNA foi recentemente associado à melhoria de obesidade em murganhos através da ativação de um ciclo fútil que implica o consumo de energia – ciclo fútil piruvato-fosfoenolpiruvato (PEP) – no músculo esquelético. Portanto, nós tivemos como objetivo estudar os efeitos da metformina e do miR-378a-3p em mioblastos C2C12 que foram expostos a condições hiperglicémicas. Verificámos ainda que o tempo de exposição à hiperglicemia é crítico na expressão do miR-378a-3p, e fornecemos evidências de que o miR 378a-3p é ativado por 25 mM de metformina. Além disso, a sobre expressão do miR 378a-3p em células cultivadas durante 3 dias em hiperglicemia levou ao aumento da respiração mitocondrial. Em paralelo, os efeitos observados da metformina na respiração mitocondrial e na produção de ATP, parecem ter sido inibidos com a inibição do miR-378a 3p, sendo indicativo de uma interação entre a metformina e o miRNA. Além disso, dado o papel atribuído à sestrina-2 (SESN2) na regulação do stress metabólico e energético, e da mitofagia, gerámos mioblastos C2C12 que tem este gene silenciado (células Sesn2 KD). De facto, a SESN2 aparenta ser um mediador do efeito da metformina e do miR-378a-3p principalmente na produção de ATP, onde foi verificado que a falta de SESN2 inibiu os efeitos verificados da metformina e do miRNA no aumento do conteúdo de ATP de células C2C12 previamente expostas a hiperglicemia. Além disso, o miR-378a-3p foi identificado como um promotor da mitofagia, em mioblastos C2C12 e em células Sesn2 KD.Portanto, propomos que a metformina ativa o miR-378a-3p e leva à ativação do ciclo fútil piruvato-PEP que diminui o conteúdo de ATP de células expostas a hiperglicemia. Por esta via, é estimulada a ativação de proteínas sensíveis a alterações energéticas, como a SESN2 e a AMPK, levando à promoção de catabolismo e de biogénese mitocondrial. Adicionalmente, o miR-378a-3p estimula a mitofagia promovendo a homeostasia mitocondrial da função mitocondrial em células expostas a hiperglicemia.
Metabolic disorders such as Type 2 Diabetes Mellitus (T2DM) and obesity, are characterized by alterations on glucose metabolism and impairment of mitochondrial function. Since the prevalence of these diseases is continuing to increase, there is an urgent need to understand their causes and underlying pathological mechanisms in order to develop novel and more efficient therapeutic strategies. Currently, the biguanide drug metformin remains as the most used treatment for T2DM being known for its effects in the impairment of hepatic gluconeogenesis. Nonetheless, metformin has also been identified to target and regulate small non-coding RNAs (microRNAs). Thus, the current work studied the effect of metformin in the activation of miR-378a-3p, that has been identified as an important player in the regulation of glucose metabolism and autophagy. This miRNA was recently found to ameliorate obesity of mice through the activation of an energy consuming futile cycle – the pyruvate-phosphoenolpyruvate (PEP) futile cycle – in skeletal muscle. So, we studied the effects of metformin and miR-378a-3p in C2C12 myoblasts that were exposed to hyperglycaemic conditions. We’ve found that the period of exposure to hyperglycaemia is critical on the expression of miR-378a-3p, and we’ve provided evidences that miR-378a-3p is activated by 25 mM of metformin. Furthermore, the overexpression of miR-378a-3p in cells cultured for 3 days in hyperglycaemia improved mitochondrial respiration. In parallel, the observed effects of metformin in mitochondrial respiration and ATP production seemed to be impaired by the inhibition of miR-378a-3p, being indicative of an interplay between metformin and the miRNA. Furthermore, given the role of sestrin-2 (SESN2) in the regulation of energetic and metabolic stress and in mitophagy, we have generated C2C12 myoblasts that have this gene silenced (Sesn2 KD cells). In fact, SESN2 appears as a mediator of the effects of metformin and miR-378a-3p mainly on ATP production, since it was found that Sesn2 silencing abolished the increase on ATP content induced by metformin and miR-378a-3p on cells exposed to hyperglycaemia. Furthermore, miR-378a-3p was shown to promote mitophagy either in C2C12 myoblasts and in Sesn2 KD cells.Therefore, we propose that metformin activates miR-378a-3p and leads to the activation of the pyruvate-PEP futile cycle that diminishes the ATP content of the cells exposed to hyperglycaemia. Through this way, the activation of energy-sensor proteins such as SESN2 and AMPK is further stimulated and lead to the promotion of catabolism and mitochondrial biogenesis. And, in parallel miR-378a-3p stimulates mitophagy thus promoting mitochondrial homeostasis under hyperglycaemic conditions.
Description: Dissertação de Mestrado em Biologia Celular e Molecular apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: https://hdl.handle.net/10316/87828
Rights: embargoedAccess
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