Caracterização de camundongos com disfunção muscular esquelética induzida pela deleção das mitofusinas 1 e 2

Abstract

A caquexia é uma síndrome metabólica complexa resultante da progressão de doenças degenerativas crônicas como câncer, insuficiência cardíaca e doença pulmonar obstrutiva crônica. É caracterizada por uma perda de peso corporal, associada a 3 dos 5 fatores: perda de força muscular; fadiga; anorexia; baixo índice de massa livre de gordura; aumento de marcadores inflamatórios, anemia e/ou baixa albumina sérica. Ela contribui para o aumento da mortalidade, reduz a resposta aos tratamentos das doenças e aumenta o risco de morte pós-operatória. Trabalhos recentes demonstraram que pacientes humanos e modelos animais com caquexia apresentam disfunções mitocondriais musculares, as quais contribuem para mudanças no metabolismo, função e morfologia muscular. Entretanto, esses achados são associativos, e não explicam a importância da disfunção muscular per se para o quadro caquético. Nesse sentido, a busca de modelos experimentais capazes de dissociar o efeito muscular do efeito crônico degenerativo da doença primaria é essencial para melhor compreender a fisiopatologia da caquexia. Nesse contexto, existe uma linhagem de camundongos geneticamente modificados com comprometimento da fusão mitocondrial devido a deleção condicional e tecido específico dos genes mitofusinas 1 e 2 na musculatura estriada esquelética (MFN1/2 Flox/ACTA1 CRE). As mitofusinas 1 e 2 são proteínas que regulam a morfologia e o controle de qualidade mitocondrial. Nesse caso, a deleção de tais genes resulta na disfunção mitocondrial, e os sinais fisiológicos e bioquímicos observados nos camundongos remetem aos sintomas desenvolvidos por pacientes caquéticos. Desse modo, torna-se de interesse científico uma caracterização fenotípica mais aprofundada desses animais, a fim de utilizá-los como um modelo diferencial de caquexia. Assim, o objetivo deste trabalho foi caracterizar parâmetros físicos e funcionais e a bioenergética mitocondrial de camundongos machos e fêmeas da linhagem MFN1/2 Flox/ACTA1 CRE (MFN1/2 KO). Para tanto, foi acompanhado o peso corporal semanalmente e foram feitos os testes físicos de wire hang, força de preensão manual e tolerância ao esforço físico em esteira rolante. Ainda, foram feitos os ensaios de função muscular ex vivo, consumo de O2 e liberação de H2O2. As análises demonstraram grande perda de peso corporal na linhagem MFN1/2 KO em comparação aos grupos controles, sendo aproximadamente o dobro nas fêmeas, além da perda de massa muscular nos mm. gastrocnêmio e tibial anterior. Os testes físicos mostraram redução da força e da capacidade de tolerância ao esforço nos animais da linhagem MFN1/2 KO, resultados confirmados pelo ensaio de função muscular ex vivo, que também mostrou diminuição na resposta contrátil e na força tetânica máxima dos animais com dupla deleção das mitofusinas. Por fim, observou-se uma queda do consumo de oxigênio no estado 3 mitocondrial apenas nas fêmeas MFN1/2 KO em relação às fêmeas controles e aos machos de mesma linhagem, enquanto não houve diferenças na liberação de H2O2. Os resultados do presente trabalho sugerem que a deleção das mitofusinas 1 e 2 na musculatura esquelética resulta em alterações musculares relevantes para o estudo dos mecanismos associados à caquexia.

Cachexia is a complex metabolic syndrome resulting from the progression of chronic degenerative diseases such as cancer, heart failure, and chronic obstructive pulmonary disease. It is characterized by body weight loss associated with three of the following five factors: reduced muscle strength; fatigue; anorexia; low fat-free mass index; increased inflammatory markers, anemia, and/or low serum albumin. It contributes to increased mortality, reduces response to disease treatments, and increases the risk of postoperative death. Recent studies have shown that both human patients and animal models with cachexia present skeletal muscle mitochondrial dysfunction, which contributes to changes in metabolism, muscle function, and morphology. However, these findings are associative and do not explain the importance of muscle dysfunction per se in the cachectic condition. In this context, the search for experimental models capable of dissociating the muscular effect from the chronic degenerative effects of the primary disease is essential to better understand the pathophysiology of cachexia. In this regard, there is a genetically modified mouse strain with impaired mitochondrial fusion due to conditional, tissue-specific deletion of mitofusin 1 and 2 genes in skeletal striated muscle (MFN1/2 Flox/ACTA1 CRE). Mitofusins 1 and 2 are proteins that regulate mitochondrial morphology and quality control. In this case, deletion of these genes results in mitochondrial dysfunction, and the physiological and biochemical signs observed in these mice resemble the symptoms developed by cachectic patients. Thus, a more in-depth phenotypic characterization of these animals is of scientific interest in order to use them as a differential model of cachexia. Therefore, the aim of this study was to characterize physical and functional parameters as well as mitochondrial bioenergetics in male and female mice of the MFN1/2 Flox/ACTA1 CRE lineage (MFN1/2 KO). To this end, body weight was monitored weekly, and physical tests including wire hang, grip strength, and exercise tolerance on a treadmill were performed. Additionally, ex vivo muscle function assays, oxygen consumption, and H2O2 release were evaluated. The analyses demonstrated significant body weight loss in the MFN1/2 KO lineage compared to control groups, approximately twice as high in females, along with reduced muscle mass in the gastrocnemius and tibialis anterior muscles. Physical tests showed reduced strength and exercise tolerance in MFN1/2 KO animals, results confirmed by ex vivo muscle function assays, which also showed decreased contractile response and maximal tetanic force in animals with double mitofusin deletion. Finally, a reduction in mitochondrial state 3 oxygen consumption was observed only in MFN1/2 KO females compared to control females and males of the same lineage, while no differences were found in H2O2 release. The results of the present study suggest that deletion of mitofusin 1 and 2 in skeletal muscle leads to significant muscular alterations relevant to the study of mechanisms associated with cachexia.