Implication of mitochondrial dysfunction and cell death in cold preservation – warm reperfusion-induced hepatocyte injury

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Abstract

Cold ischemia – warm reperfusion (CI/WR) injury of liver transplantation involves hepatocyte cell death, the nature and underlying mechanisms of which remain unclear. Isolated hepatocytes and isolated perfused livers were used to determine the prevalence of necrosis and apoptosis as well as mitochondrial dysfunction. In isolated cells, propidium iodide and Hoechst 33342 staining showed a cold-storage, time-dependent increase in necrosis, whereas apoptosis was minimal even after 48 h of hypothermia. Nonetheless, a progressive loss of mitochondrial membrane potential was observed. Translocation of mitochondrial cytochrome c toward microsomes occurred within 24 h of CI/WR, with cytochrome c reaching the cytosol later. Mitochondria isolated from whole livers subjected to CI/WR also display reduced metabolic parameters and increased susceptibility to swelling. These events are associated with increased activity of major initiator (caspase 9) and effector (caspase 3) caspases. The results demonstrate that CI/WR induces mitochondrial dysfunction in isolated cells and in the whole organ; only in the latter is that sufficient to trigger the classical mitochondrial pathway of apoptosis. Our study also provides evidence for the involvement of endoplasmic reticulum stress in CI/WR hepatocyte injury. Combined protection of mitochondria and endoplasmic reticulum may thus represent an innovative therapeutic avenue to enhance liver graft viability and functional integrity.

La lésion d’ischémie froide–reperfusion chaude (IF/RC) de la transplantation hépatique est associée à l’apoptose des hépatocytes dont la nature et les mécanismes sous-jacents sont encore mal connus. On a utilisé des hépatocytes et des foies perfusés isolés pour déterminer la prévalence de la nécrose et de l’apoptose ainsi que la dysfonction mitochondriale. Dans les cellules isolées, la coloration à l’iodure de propidium et au Hoechst 33342 a montré une augmentation de la nécrose en fonction du temps de préservation au froid, alors que l’apoptose a été minimale même après 48 h d’hypothermie. Toutefois, une perte progressive du potentiel de membrane mitochondrial a été observé. La translocation du cytochrome c mitochondrial vers les microsomes s’est produite en 24 h de l’IF/RC; le cytochrome c n’a atteint le cytosol que plus tard. Les mitochondries isolées de foies entiers soumis à l’IF/RC présentent aussi des paramètres métaboliques réduits et une susceptibilité accrue au gonflement. Ces événements sont associées à une activité accrue des caspases initiatrice (caspase 9) et effectrice (caspase 3) majeures. Les résultats démontrent que l’IF/RC induit une dysfonction mitochondriale dans les cellules isolées et dans l’organe entier; elle ne déclenche la voie mitochondriale classique d’apoptose que dans ce dernier. Notre étude apporte aussi des arguments incriminant le stress du réticulum endoplasmique dans la lésion des hépatocytes induite par d’IF/RC. Par conséquent, une protection combinée des mitochondries et du réticulum endoplasmique pourrait représenter une avenue thérapeutique innovatrice pour augmenter l’intégrité fonctionnelle et la viabilité des greffons hépatiques.

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