La disfunzione mitocondriale sconvolge il microbioma intestinale / Mitochondrial Dysfunction Disrupts the Gut Microbiome

La disfunzione mitocondriale sconvolge il microbioma intestinale / Mitochondrial Dysfunction Disrupts the Gut Microbiome

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Le alterazioni delle funzioni mitocondriali hanno un'influenza fondamentale sul morbo di Crohn.

Le interruzioni delle funzioni mitocondriali hanno un'influenza fondamentale sul morbo di Crohn. Questa connessione è stata ora dimostrata dai ricercatori della Technical University of Munich (TUM). Hanno dimostrato che i mitocondri difettosi nei topi scatenano sintomi di infiammazione intestinale cronica ed influenzano il microbioma.

I sintomi tipici del morbo di Crohn includono diarrea cronica, dolore addominale e febbre. Sebbene le cause del morbo di Crohn non siano ancora del tutto note, è noto da alcuni anni che i cambiamenti nel microbioma intestinale (vale a dire la comunità di microbi che vive nel tratto intestinale) sono associati a malattie infiammatorie. Alcuni ricercatori vedono questi cambiamenti, le cui cause rimangono sconosciute, come l'innesco della malattia.

Un gruppo che lavora con Dirk Haller,  presidente di nutrizione e immunologia  e direttore dell'Institute  for Food and Health  (ZIEL) presso la TUM, ha ricercato le cause di questi cambiamenti nel microbioma e ha studiato l'interazione tra microbioma, epitelio intestinale e mitocondri. L'epitelio intestinale è uno strato cellulare che riveste l'interno dell'intestino, assorbe i nutrienti e combatte i patogeni. I mitocondri sono piccole strutture cellulari che convertono i nutrienti in energia e quindi influenzano il metabolismo cellulare e la capacità delle cellule di svolgere le loro funzioni.

La rottura dei mitocondri porta a cambiamenti nel microbioma

Dirk Haller ed il suo gruppo hanno perseguito l'ipotesi che i mitocondri non solo servano da centrali elettriche delle cellule, ma interagiscano anche con il microbioma. Inoltre, ricerche precedenti hanno dimostrato che l'epitelio intestinale nei pazienti con infiammazione intestinale cronica presenta determinati marcatori di stress che indicano un possibile malfunzionamento mitocondriale.

Per il loro studio, i ricercatori hanno quindi interrotto la funzione mitocondriale nei topi eliminando un segmento genico responsabile della produzione della proteina Hsp60. Questa proteina è essenziale per la capacità dei mitocondri di svolgere i loro compiti. L'intervento ha innescato vari processi nell'intestino. Per prima cosa, sono state identificate lesioni tissutali nell'epitelio intestinale simili a quelle osservate nei pazienti affetti dal morbo di Crohn. Sono stati osservati anche cambiamenti a livello di attivazione genica tipici di alcune fasi della malattia. Inoltre, uno sviluppo essenziale per la questione indagata dal gruppo, il microbioma ha risposto ai mitocondri interrotti modificandone la composizione.

Di conseguenza, Dirk Haller ed il suo gruppo sono riusciti a dimostrare per la prima volta che le interruzioni dei mitocondri sono causalmente correlate al danno tissutale nell'intestino e innescano anche cambiamenti nel microbioma correlati alla malattia.

Prospettive per i nuovi farmaci

Questa intuizione potrebbe rivelarsi importante per le persone con condizioni infiammatorie perché presenta potenziali approcci per nuovi trattamenti. Attualmente, il trattamento è limitato ad alleviare i sintomi della malattia con farmaci antinfiammatori. "La grande speranza è di trovare ingredienti attivi che ripristinino la funzionalità dei mitocondri interrotti, in altre parole di ripararli in un certo senso. Ciò limiterebbe il danno intestinale come fattore scatenante per i processi di infiammazione cronica", afferma Dirk Haller. "I nostri risultati suggeriscono che i farmaci che agiscono sui percorsi mitocondriali od affrontano le connessioni tra il microbioma ed i mitocondri potrebbero essere un aspetto chiave di trattamenti migliori".

ENGLISH

Disruptions of mitochondrial functions have a fundamental influence on Crohn’s disease.

Disruptions of mitochondrial functions have a fundamental influence on Crohn’s disease. This connection has now been demonstrated by researchers at the Technical University of Munich (TUM). They showed that defective mitochondria in mice trigger symptoms of chronic intestinal inflammation and influence the microbiome.

Typical symptoms of Crohn’s disease include chronic diarrhea, abdominal pain and fever. Although the causes of Crohn’s disease are not yet fully understood, it has been known for some years that changes in the gut microbiome (that is to say the community of microbes that live in the intestinal tract) are associated with inflammatory diseases. Some researchers see these changes – the causes of which remain unknown – as the trigger of the disease.

A team working with Dirk Haller, Chair of Nutrition and Immunology and Director of the Institute for Food and Health (ZIEL) at TUM, has searched for the causes of this changes in the microbiome and investigated the interplay of the microbiome, the intestinal epithelium and mitochondria. The intestinal epithelium is a cell layer that lines the inside of the intestine, absorbs nutrients and fights off pathogens. Mitochondria are small cellular structures that convert nutrients into energy and therefore influence the cellular metabolism and the ability of cells to perform their functions.

Mitochondria disruption leads to changes in the microbiome

Dirk Haller and his team have been pursuing the hypothesis that mitochondria not only serve as the power plants of cells, but also interact with the microbiome. In addition, previous research has shown that the intestinal epithelium in patients with chronic intestinal inflammation exhibit certain stress markers indicating possible mitochondrial malfunction.

For their study the researchers therefore disrupted mitochondrial function in mice by deleting a gene segment responsible for producing the protein Hsp60. This protein is essential to the ability of mitochondria to perform their tasks. The intervention triggered various processes in the gut. For one, tissue injuries were identified in the intestinal epithelium similar to those seen in Crohn’s disease patients. Changes were also seen at the level of gene activation that are typical of some stages of the disease. In addition – an essential development for the question investigated by the team – the microbiome responded to the disrupted mitochondria by changing its composition.

As a result, Dirk Haller and his team were able to demonstrate for the first time that disruptions to mitochondria are causally related to tissue damage in the intestines and also trigger disease-related changes in the microbiome.

Prospects for new drugs

This insight may prove important to persons with inflammatory conditions because it presents potential approaches for new treatments. Currently, treatment is limited to alleviating the symptoms of the disease with anti-inflammatory medications. “The big hope is to find active ingredients that would restore the functionality of disrupted mitochondria, in other words to repair them in a sense. This would limit intestinal damage as a trigger for chronic inflammation processes”, says Dirk Haller. “Our results suggest that drugs that act on mitochondrial pathways or address the connections between the microbiome and mitochondria could be a key aspect of better treatments.”

Da:

https://www.technologynetworks.com/immunology/news/mitochondrial-dysfunction-disrupts-the-gut-microbiome-392032