Mitochondrial respiratory chain complexes and antioxidant enzymes analyses in diabetes and chronic periodontitis-derived human blood mononuclear cells

Abstract

A periodontite é uma doença crónica e inflamatória, iniciada pela presença de um biofilme bacteriano que afeta os tecidos que suportam os dentes e culmina na reabsorção óssea. A diabetes mellitus (DM) é um grupo de doenças metabólicas caracterizada por uma hiperglicemia que induz um estado pró-inflamatório excessivo. Evidências atuais apontam para uma inter-relação bidirecional entre diabetes e periodontite, que se tornou conhecida como a sexta complicação da DM e pode ser um fator de risco para a descompensação diabética. Estas patologias associam-se ao stress oxidativo devido ao aumento da produção de espécies reativas de oxigênio (ROS). Assim, neste trabalho pretendemos definir a atividade disfuncional do complexo mitocondrial I e III, dois principais produtores de ROS mitocondriais, e as atividades e níveis proteicos de antioxidantes celulares utilizando células mononucleares do sangue periférico (PBMCs) de pacientes com periodontite crônica (CP). e DM mais CP (DM-CP), quando comparados aos controlos. Os doentes e os indivíduos controlo foram selecionados através de consultas de Medicina Dentária no Centro Hospitalar da Universidade de Coimbra (CHUC), onde foram determinados os parâmetros clínicos para o diagnóstico da saúde periodontal. Analisamos as atividades enzimáticas do complexo I e III da cadeia transportadora de eletrões mitocondrial, e da citrato sintase(CS), uma enzima do ciclo do ácido cítrico / ciclo de Krebs, bem como a atividade do ciclo redox da glutationa, Mn-superóxido dismutase (SOD) / SOD2 e níveis da catalase em PBMCs isolados. Os nossos resultados demostram uma diminuição da atividade do complexo III no grupo DM-CP, e uma redução da atividade do ciclo da glutationa, diminuição dos níveis de glutationa reduzida e oxidada (GSH e GSSG) e diminuição da atividade da glutationa peroxidase (GPx) e da glutationa redutase (GRed) no grupo DM-CP. Além disso, encontramos uma tendência para níveis aumentados de acetil (K68) SOD2 e níveis proteicos reduzidos da catalase em PBMCs de pacientes com DM-CP. Estes dados indicam um potencial aumento da produção mitocondrial de ROS e redução do perfil de antioxidantes nas células sanguíneas dos DM-CP, explicando assim os níveis exacerbados de ROS no grupo DM-CP observados no nosso estudo anterior.

Periodontitis is a chronic inflammatory disease, initiated by the presence of a bacterial biofilm affecting the tissues that support the teeth and culminating in bone resorption. Diabetes mellitus (DM) is a group of metabolic diseases characterised by hyperglycaemia that induces an excessive proinflammatory state. Current evidence points to a bidirectional interrelationship between diabetes and periodontitis, which has become known as the sixth complication of DM and could be a risk factor for diabetic decompensation. These pathologies associate with oxidative stress due to increased production of reactive oxygen species (ROS). Thus, in this work we aimed to define dysfunctional activity of mitochondrial complex I and III, two major producers of mitochondrial ROS, and the activities and protein levels of cellular antioxidants using peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from patients with chronic periodontitis (CP) and DM plus CP (DM-CP), when compared to control individuals. Patient and control individuals were selected from dentistry appointments at the Hospital Centre of Coimbra University (CHUC) where clinical parameters for the diagnosis of periodontal health were determined. We analysed the enzyme activities of complex I and III from mitochondrial electron transport chain, and related citrate synthase, an enzyme of the citric acid/Krebs cycle, as well as the activity of glutathione redox cycle, Mn-superoxide dismutase (SOD)/SOD2 and catalase levels in isolated PBMCs. Our results show decreased activity of complex III in DM-CP group, and reduced activity of glutathione cycle, namely decreased levels of reduced and oxidized glutathione (GSH and GSSG) and diminished activities of glutathione peroxidase (GPx) and glutathione reductase (GRed) in DM-CP group. Furthermore, we found a tendency for increased levels of acetyl(K68) SOD2 and reduced protein levels of catalase in PBMCs from DM-CP patients. These data indicate potential increased mitochondrial generation of ROS and reduced antioxidant profile in blood cells from DM-CP, thus explaining exacerbated ROS levels in DM-CP group observed in our previous study.