Alteraciones mitocondriales en las células no fagocíticas infectadas por micobacterias

Abstract

ABSTRACT: The mitochondria is one of the main source of reactive oxygen species (ROS), recently this organelle has been related to the innate immunity, not only for the production of ROS and its participation as antimicrobial agents but also as apoptosis inducers, being in this manner, responsible of cell viability. Many pathogens have developed several strategies to evade the immune response and to modulate host ?s cell survival in order to assure its replication and dissemination, the mitochondria is one of these bacterial targets. In this study we observed some mitochondrial alterations of human endothelial umbilical vein cells (HUVEC) infected with different mycobacteria species. Infection with (MAB) a pathogenic non tuberculous mycobacteria, allowed cell infection and bacterial intracellular survival and multiplication; during infection, ROS levels were low and mitochondria showed a size increment. During MAB infection cytochrome C was also released, and an equal expression of anti-apoptotic (Bcl-xl y Bcl-2) and pro-apoptotic proteins (Bax) was also observed, but its production was not different to that observed in the uninfected cells. However MAB-HUVEC infected cells after 72 hr presented an important viability lost, but excluding apoptosis as the mechanism responsible of cell death. Mycobacterium smegmatis (MSM) is a NTM, is non-pathogenic and is completely eliminated by the HUVEC after 96 hr, during MSM high ROS production was observed, as well as an mitochondrial intracellular rearrangements suggesting that a high mitochondrial activity is in progress. During MSM-infection, an enormous cytochrome C released was observed, and high levels of the anti-apoptotic Bcl-xL were produced, suggesting that an anti-apoptotic environment is generated in response to the high ROS production and rescuing the cells from apoptosis. In spite of M. tuberculosis (MTB) has developed several strategies to evade the immune response, in the case of HUVEC infection, mitochondrial spatial redistribution was observed (similarly to MSM infection), with an intermediate ROS production (in comparison to MAB and MSM infections), a high cytochrome released and the over expression the anti-apoptotic Bcl-xL protein. Hence, during MTB infection an anti-apoptotic environment is generated preventing HUVEC death. In conclusion our results demonstrated that during MTB and MSM infections a predominant anti-apoptotic response is generated in spite of the high ROS response, preventing cell death and controlling bacterial growth; in contrast, MAB infection fails to generate this anti-apoptotic response, but also fails to generate ROS, allowing cell death and bacterial multiplication.

RESUMEN: Una de las principales fuentes de especies reactivas del oxígeno (ROS) es la mitocondria, organelo que recientemente se ha estudiado ya que tiene una estrecha unión con la inmunidad innata, no solo por la generación de uno de los más potentes mecanismos antimicrobicidas (ROS) sino porque también tiene injerencia con la apoptosis, teniendo la capacidad entonces de poder modular la sobrevida de la célula. Es por esto que los microorganismos patógenos han desarrollado diversas estrategias para poder evadir la respuesta del huésped y modular la sobrevida de la célula siendo la mitocondria uno de sus blancos para asegurar su replicación y diseminación. En el presente trabajo se observaron algunos de los efectos mitocondriales que tuvieron las células endoteliales de vena de cordón umbilical humano (HUVEC) infectadas con diferentes micobacterias. Viendo que M. abscessus (MAB), que es una micobacteria patógena no tuberculosa, infecta a estas células y se replica de forma intracelular, generando una disminución en la producción de los ROS y promoviendo un aumento de tamaño en las mitocondrias pero teniendo una liberación de citocromo C y una expresión de proteínas anti-apoptóticas (Bcl-xl y Bcl-2) y pro-apoptóticas semejantes a las de las células sin infectar; sin embargo la viabilidad de las células infectadas con MAB se ve abatida de forma muy importante después de las 72 post-infección, observando que la infección por MAB está matando a las células infectadas por mecanismo diferente a la apoptosis. Las células infectadas con M. smegmatis (MSM) es una micobacteria no tuberculosa, que no es patógena, la cual es eliminada satisfactoriamente pasadas 96 h post-infección, generando la infección por esta micobacteria una gran producción de ROS, y un reacomodo espacial y organizacional de las mitocondrias en las células infectadas, sugiriendo que esto sea por la gran actividad metabólica que se está llevando a cabo, dicha actividad está generando una gran liberación de citocromo c y una expresión de la proteína anti-apoptótica Bcl-xL que le esta permitiendo a la célula infectada montar un mecanismo anti-apoptótico como defensa de la sobreproducción de ROS, impidiendo que la célula muera durante el proceso de eliminación de MSM. No obstante M. tuberculosis (MTB), es una micobacteria que ha desarrollado diversas estrategias para evadir la respuesta celular, por lo que observamos que en las células infectadas no mostraron replicación de esta micobacteria, lo que nos habla de que se mantiene en un estado de latencia de manera intracelular, mostrando cambios en la distribución espacial de las mitocondrias en los tiempos tempranos de infección solamente, provocando una liberación de citocromo C y una expresión de la proteína anti-apoptótica Bcl-xL lo cual nos sugiere que se está activando una vía anti-apoptótica que no está permitiendo que la célula muera.