Red blood cell β-adrenergic receptors contribute to diet-induced energy expenditure by increasing O2 supply

Kim, Eun Ran; Fan, Shengjie; Akhmedov, Dmitry; Sun, Kaiqi; Lim, Hye‐Sun; O’Brien, William G.; Xu, Yuanzhong; Mangieri, Leandra R.; Zhu, Yaming; Lee, Cheng‐Chi; Chung, Yeonseok; Yang, Xia; Xu, Yong; Li, Feng; Sun, Kai; Berdeaux, Rebecca; Tong, Qingchun

doi:10.1172/jci.insight.93367

Cited by 5 publications

(4 citation statements)

References 52 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…To maintain the deformability characteristics and its physiological properties, RBCs need energy which is supplied in the form of ATP. In mature RBC, ATP, ADP and AMP form the nucleotide pool of which ATP is the major part (Kim et al 2017). During glycolysis in red blood cells, two molecules of ATP are used up at the hexose level to form phosphorylated compounds.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Glucose-6-phosphate from glucose and fructose-6-bisphosphate from fructose-6-phosphate whereas, four molecules of ATP are generated at the triose level two molecules each, during conversion of 2 molecules of 1,3-bisphosphoglycerate to 3-phosphoglycerate and conversion of phosphoenolpyruvate to pyruvate. This net gain of two molecules of ATP provide the energy for RBCs (Kim et al 2017).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Red blood cells as an efficient in vitro model for evaluating the efficacy of metallic nanoparticles

et al. 2019

View full text Add to dashboard Cite

Blood and the linings of blood vessels may be regarded as a fifth tissue type. The human body contains 5 × 10 9 red blood cells (RBCs) per ml, a total of 2.5 × 10 13 cells in the 5 l of blood present in the body. With an average lifetime of 125 days, human RBCs are destroyed by leukocytes in the spleen and liver. Nowadays red blood cells are extensively used to study various metabolic functions. Nanoparticles (NP) are being widely accepted for drug delivery system. This review summarizes the red blood cells, NPs and their characteristics on the basis of the RBC components along with drug delivery systems through RBCs. Further, we also discussed that how erythrocytes can be used as an efficient in vitro model for evaluating the efficacy of various nanocomposite materials.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Red blood cells as an efficient in vitro model for evaluating the efficacy of metallic nanoparticles

et al. 2019

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Later, this idea has been also supported by the results of Horga et al (7), who showed that incubation of erythrocyte membranes with iso pro terenol, an agonist for the beta-adrenergic receptor, led to the activation of adenylic cyclase. This adrenaline → beta-adrenergic receptor → adenylic cyclase → cAMP pathway was implicated in the increase of oxygen supply, which was induced by high-fat diet-induced hypoxia (8). In that study, activation of beta-adrenergic receptors induced an increase in cAMP, glycolysis, and ATP production.…”

Section: Epinephrine and Norepinephrinementioning

confidence: 82%

Molecular Interactions between Erythrocytes and the Endocrine System

Papadopoulos

Tentes

Αναγνωστοπουλοσ

2021

Maedica

View full text Add to dashboard Cite

Hormones are secreted by the endocrine glands and reach their targets after circulating in the blood. Many studies have documented that erythrocytes can bind hormones, and possible interactions have been reported. Erythrocytes are responsive to signaling initiated after binding of epinephrine, norepinephrine, estrogen, progesterone, thyroid hormones, parathyroid hormone, and angiotensin. Signaling results in regulation of cellular metabolism and membrane fluidity. In addition, erythrocytes are circulating pools for dopamine, thyroid hormones, cortisol, and aldosterone. Erythrocyte function and structure are regulated by endocrine signals, while erythrocytes are important constituents for the transport of hormones in the body.

show abstract

“…Ωστόσο, σε αυτό το μονοπάτι φαίνεται πως η γλυκόλυση οδηγεί κυρίως στην σύνθεση ATP και όχι στην παραγωγή 2,3 διφωσφογλυκερικού. Αποτέλεσμα είναι και πάλι, όμως, η καλύτερη οξυγόνωση των υποξικών ιστών297 .2.1.3 ΠΡΟΣΔΕΣΗ, ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗ ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΝΙΤΡΙΚΟΥΤο ερυθρό αιμοσφαίριο συμβάλλει στην οξυγόνωση υποξικών ιστών και μέσω της σύνθεσης και απελευθέρωσης ΝΟ. H αλληλεπίδραση της μη οξυγονωμένης αιμοσφαίνης με νιτρικό, οδηγεί στη σύνθεση NO.…”

unclassified

Ανοσοβιολογική Μελέτη Της Εμπλοκής Των Ερυθροκυττάρων Στους Παθογενετικούς Μηχανισμούς Της Μη Αλκοολικής Ηπατικής Νόσου

Papadopoulos¹,

Παπαδόπουλος²

View full text Add to dashboard Cite

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάσαμε στον ρόλο των ερυθρών αιμοσφαιρίων στον ανοσομεταβολισμό και τη λιποτοξικότητα. Συγκεκριμένα, μελετήσαμε το ρόλο των ερυρθών αιμοσφαιρίων στην ανοσοπαθογένεση της μη αλκοολικής λιπώδους ηπατικής νόσου (NAFLD). Η NAFLD είναι μία νόσος του ήπατος που παρατηρείται περίπου στο 25% του παγκόσμιου πληθυσμού, και χαρακτηρίζεται αρχικά από συσσώρευση λίπους τουλάχιστον στο 5% των ηπατοκυττάρων, απουσία κατανάλωσης αλκοόλ και ηπατοτοξικών φαρμάκων και ιογενούς λοίμωξης του ήπατος. Σταδιακά, η ικανότητα του ήπατος να συσσωρεύει λίπος στη μορφή τριακυλογλυκερολών υπερνικάται, με αποτέλεσμα το σχηματισμό άλλων προϊόντων του μεταβολισμού των λιπιδίων, όπως η 1-φωσφορική σφιγγοσίνη (S1P), το λυσοφωσφατιδικό οξύ (LPA) και η χοληστερόλη. Η ενεργοποίηση φλεμονώδων μονοπατιών, η παρεμπόδιση της σηματοδότησης της ινσουλίνης και η πρόκληση δυσλειτουργίας των κυτταρικών οργανιδίων, μπορεί να οδηγήσει τελικά σε μετάβαση του ασθενούς από τη στεάτωση, στη στεατοηπατίτιδα, την ίνωση, την κίρρωση, το ηπατοκυτταρικό καρκίνωμα, ακόμα και το θάνατο. Σύμφωνα με τη θεωρία των παράλληλων πολλαπλών χτυπημάτων για την παθογένεια της NAFLD, η λιποτοξικότητα, η αντίσταση στην ινσουλίνη, το στρες του ενδοπλασματικού δικτύου, η δυσλειτουργία του μιτοχονδρίου, η διαταραχή της αυτοφαγίας, το οξειδωτικό στρες, o κυτταρικός θάνατος, η απελευθέρωση μοριακών μοτίβων βλάβης (DAMP), η μεταβολή του εντερικού μικροβιώματος και των υποκυτταρικών πληθυσμών των ανοσοκυττάρων, δρουν παράλληλα και αλληλοενισχύονται. Παρ’ αυτά, δεν υπάρχει μέχρι σήμερα εγκεκριμένη θεραπεία για την αντιμετώπιση της NAFLD, κάτι το οποίο, εκτός από τη φυσική πορεία και την επιδημιολογία της νόσου, προκαλεί και τεράστια οικονομικά κόστη για τα συστήματα υγείας παγκοσμίως. Το ερυθρό αιμοσφαίριο, πέρα από την παροχή οξυγόνου προς- και την αποβολή διοξειδίου του άνθρακα από- τους ιστούς έχει πρόσθετες λειτουργίες. Συγκεκριμένα, μεταξύ άλλων, i) αποτελεί την κύρια πηγή S1P στο αίμα, ii) αποτελεί μία βασικά πηγή LPA στο αίμα, iii) συμμετέχει ενεργά στην αντίστροφή μεταφορά χοληστερόλης προς το ήπαρ, iv) προσδένει και απελευθερώνει χημειοκίνες, v) απελευθερώνει κυτταροκίνες που έχουν συντεθεί κατά τη διάρκεια της διαφοροποίησης, vi) επηρεάζει το λειτουργικό φαινότυπο των μακροφάγων, των Τ λεμφοκυττάρων, των ουδετερόφιλων και των δενδριτικών κυττάρων. Επιπλέον, πρόσφατες μελέτες υποδεικνύουν πως η συσσώρευση τοξικών λιπιδίων και η διατροφή πλούσια σε λίπος μετατρέπουν το ερυθρό αιμοσφαίριο σε ένα προ-φλεγμονώδες κύτταρο. Επομένως, σε αυτή τη μελέτη αποφασίσαμε, σε πρώτο χρόνο, να εξετάσουμε τα επίπεδα των λιπιδίων: S1P, LPA, χοληστερόλης και των κυτταροκινών: MCP1, RANTES, MIP1β, IL-8, IL-1β, IL-12p40, IL-17, TNF-α, IFN-γ που απελευθερώνονται από τα ερυθρά αιμοσφαίρια ασθενών NAFLD σε σχέση με υγιείς εθελοντές. Βρέθηκε πως τα ερυθρά αιμοσφαίρια από ασθενείς απελευθερώνουν περισσότερη χημειοκίνη MCP1 (P<0.05), χωρίς όμως να παρατηρηθεί κάποια διαφορά στους άλλους παράγοντες. Εν συνεχεία, εξετάσαμε την επίδραση των conditioned media ερυθροκυττάρων ασθενών και υγιών εθελοντών στην απελευθέρωση κυτταροκινών από μακροφάγα RAW 264.7 in vitro. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν πως τα ερυθροκύτταρα ασθενών προκαλούν αυξημένη απελευθέρωση TNF-α από τα μακροφάγα (P<0.05). Έπειτα, εξετάστηκε η σχέση της σφιγγομυελίνης της μεμβράνης του ερυθροκυττάρου με το πρότυπο των απελευθερώμενων κυτταροκινών από αυτό. Για το λόγο αυτό, αναπτύξαμε μία ποσοτική μέθοδο χρωματογραφίας λεπτής στοιβάδας για τη σφιγγομυελίνη με βάση την ένταση των τριών βασικών χρωμάτων, και συγκρίναμε 10 μεθόδους για την απομόνωσή της από τα ερυθροκύτταρα. Η μέθοδος ήταν γραμμική σε ένα ευρύ φάσμα συγκεντρώσεων (0,25-10 μg / spot). Τα καλύτερα αποτελέσματα δόθηκαν για το άθροισμα πράσινου και κόκκινου χρώματος. Η κλίση για το πράσινο+ κόκκινο χρώμα είναι y = -13,973x+391,85 και το R2 = 0,9636. Η μέθοδος διαχωρίζει αρκετά ικανοποιητικά τη χοληστερόλη, τη φωσφατιδυλοαιθανολαμίνη, την φωσφατιδυλοϊνοστόλη, τη φωσφατιδυλοσερίνη, τη φωσφατιδυλοχολίνη και τη σφιγγομυελίνη. Το δυναμικό εύρος των μεθόδων βρέθηκε να είναι 0,1-200 μg. Τα όρια ανίχνευσης και ποσοτικού προσδιορισμού ήταν 0,137 μg και 0,41 μg, αντίστοιχα. Η μέση ακρίβεια, εκφραζόμενη ως % ανάκτηση, ήταν 0,9101 ± 0,006. Ο συντελεστής διακύμανσης για όλες τις συγκεντρώσεις ήταν μικρότερος του 0,52%, υποδεικνύοντας άριστη επαναληψιμότητα. Έπειτα, αφού συγκρίναμε 9 μεθόδους με τη μέθοδο Folch (μέθοδος 1) που βαθμονομήθηκε ως απόδοση εκχύλισης 100%, καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι η χρήση μεθανόλης ως μέθοδος διαλύτη εκχύλισης παρέχει την καλύτερη απόδοση (135,35 ± 1,04%). Η μέθοδος μεθανόλης είναι σταστιστικά σημαντικά (p<0.05) πιο αποδοτική από τις 8/9 υπόλοιπες μεθόδους που εξετάστηκαν. Με τη μέθοδο αυτή, η σφιγγομυελίνη της μεμβράνης ερυθροκυττάρων σε ασθενείς με NALFD ήταν σημαντικά χαμηλότερη από τους υγιείς μάρτυρες (829.82±511.60 vs 1892.08±606.25 μg/ml συσκευασμένων ερυθροκυττάρων) (p <0.001). Ακόμη, στους ασθενείς τα επίπεδα της MCP1 που απελευθερώνεται από τα ερυθροκύτταρα σχετίζονται αρνητικά με τα επίπεδα της μεμβρανικής σφιγγομυελίνης (speraman’s correlation =-0,53, p<0.05, pearson’s correlation=-0,46, p<0.05). Για τη διερεύνηση των μηχανισμών απελευθέρωσης της MCP1 από τα ερυθροκύτταρα, εξετάσαμε την επίδραση του αγωνιστή του υποδοχέα P2X7 στα επίπεδα της MCP1, αλλά και το ρόλο της απομάκρυνσης χοληστερόλης από το ερυθροκύτταρο μέσω κυκλοδεξτρίνης στην παραπάνω διαδικασία. Η ενεργοπoίηση του υποδοχέα P2X7 οδηγεί στην αυξημένη απελευθέρωση της χημειοκίνης MCP1 (50,06±1,04 pg/ml) σε σχέση με τα ερυθροκύτταρα απουσία διέγερσης (34,34± 4,4) (p<0.05). Η αφαίρεση χοληστερόλης μέσω κυκλοδεξτρίνης πριν την διέγερση οδήγησε σε μείωση της απελευθέρωσης MCP1 από τα ερυθροκύτταρα (41,77±1,00) (p<0.05). Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα ερυθρά αιμοσφαίρια αισθάνονται και ανταποκρίνονται σε βλάβη των ιστών με τη στρατολόγηση και πιθανώς ενεργοποίηση των μακροφάγων. Επιπλέον, ο ρόλος της χοληστερόλης ερυθροκυττάρων αξίζει περαιτέρω διερεύνηση, καθώς τα αποτελέσματά μας υπονοούν έναν προφλεγμονώδη ρόλο.Η μελέτη μας καταδεικνύει το ρόλο των ερυθροκυττάρων στη φλεγμονή του ήπατος κατά την NAFLD. Τα αποτελέσματα της μελέτης μας ενισχύουν την πεποίθηση ότι τα ερυθρά αιμοσφαίρια συμμετέχουν ενεργά στα ανοσομεταβολικά γεγονότα της NAFLD. Περαιτέρω μελέτες θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην ανακάλυψη νέων μοριακών θεραπευτικών στόχων για την NAFLD. Τα αποτελέσματά μας καθιστούν σαφή τον ρόλο των ερυθροκυττάρων στον συστημικό ανοσομεταβολισμό, συνδέοντας το συστημικό μεταβολικό περιβάλλον με την ανοσιακή απόκριση.

show abstract

Red blood cell β-adrenergic receptors contribute to diet-induced energy expenditure by increasing O2 supply

Cited by 5 publications

References 52 publications

Red blood cells as an efficient in vitro model for evaluating the efficacy of metallic nanoparticles

Red blood cells as an efficient in vitro model for evaluating the efficacy of metallic nanoparticles

Molecular Interactions between Erythrocytes and the Endocrine System

Ανοσοβιολογική Μελέτη Της Εμπλοκής Των Ερυθροκυττάρων Στους Παθογενετικούς Μηχανισμούς Της Μη Αλκοολικής Ηπατικής Νόσου

Contact Info

Product

Resources

About