L' effetto diabetogeno di Timp3 è associato a disregolazione del microbioma intestinale

Growing lines of evidence show how changes in the gut microbiome maz be responsible for the activation of systemic inflammatory signals involved in the onset of type 2 diabetes, insulin resistance and atherosclerosis. Tissue inhibitor of metalloproteinase 3 (Timp3) plays a key role in the activation of inflammatory and immune processes; several studies, in human subjects and experimental models have shown that decreased expression of Timp3 is associated with insulin resistance, obesity and atherosclerosis. In this work, we analize the role of Timp3 in the modulation of the murine gut microbiome and its effects on innate immune system. To this end we used timp3 null mice (Timp3 ko) fed a High Fat Diet (HFD).We investigated these through the application of metabolomics (GC/MS-LC/MS), metagenomics (16S sequencing) and molecular biology (qPCR, western blot, immunofluorescence method) techniques. Metabolomics analysis in Timp3 ko mice after a short term HFD (8 weeks) revealed a decrease in short and medium chain acylcarnitine levels as compared to wild type (WT) mice and an increase in the percentage of circulating macrophages (F4/80+ CX3CR1+) and dendritic cells (CD11c+ CX3CR1+) After 4 months of HFD we found an increase in thelevels of the long chain acylcarnitines which strongly suggest a disturbance of the beta oxidation process and alterations related to restricted branched-chain keto-acid dehydrogenase activity. Timp3 ko mice exhibited significantly increased sulfonate compounds such as indolelactate, 3-hydroxysulfate, p-cresol-sulfate, phenolsulphate and 3-(4 hydroxyphenyl) lactate, all of which have been associated with an increased inflammatory state. Since these compounds are of gut microbiome origin and/or contribution and associated with aninflammatory status; we performed a metagenomic analysis which revealed significant differences between the bacterial populations of Roseburia, Faecalibacterium, Blautia and Oscillibacter in the Timp3 ko as compared to WT mice. These data, taken together suggest that alterations in the gut microbiome could be one of the factors leading to the development of a state of systemic inflammation responsible for the diabetogenic and atherogenic.effects in Timp3 ko mice.

Evidenze crescenti mostrano come modificazioni del microbioma intestinale siano responsabili dell’attivazione di segnali infiammatori sistemici coinvolti nello sviluppo di diabete di tipo 2, insulino resistenza ed aterosclerosi. L'inibitore tissutale di metalloproteinasi 3 (Timp3) ha un ruolo fondamentale nell’attivazione di processi infiammatori e immunitari; diversi studi, condotti in soggetti umani e in modelli sperimentali murini, mostrano come la ridotta espressione di Timp3 sia associata ad insulino-resistenza, obesità e aterosclerosi. Nel presente lavoro abbiamo analizzato il ruolo di Timp3 nella modulazione del microbiota intestinale e gli effetti sul sistema immunitario innato in un modello sperimentale murino ko (knockout) per Timp3 sottoposto ad obesità indotta da dieta ricca in grassi saturi (HFD) utilizzando sia tecniche di metabolomica (GC/MS-LC/MS), sia tecniche di metagenomica (sequenziamento del 16S) e biologia molecolare (qPCR, western blot). L'analisi metabolomica nei Timp3 ko sottoposti ad un trattamento breve di HFD (8 settimane) ha indicato una diminuzione significativa dei livelli di acilcarnitine a catena corta e media rispetto ai WT al quale si associa un aumento di cellule circolanti F4/80, F4/80+ CX3CR1+, CX3CR1+, CX3CR1+CD11c+. Al prolungarsi della dieta grassa (16 settimane) si evidenzia nei Timp3 ko un aumento significativo di carnitine a catena lunga, indice di un incompleto processo di -ossidazione e alterazioni del metabolismo degli amminoacidi a catena ramificata causate da un blocco enzimatico della BCKDH (Branched Chain Ketoacids De Hydrogenase). Inoltre, i Timp3 Ko mostrano un aumento di composti sulfonati associati a stati infiammatori dovuti ad un alterato metabolismo degli amminoacidi aromatici quali p-cresol solfato e indoxyl solfato. Dal momento che tali composti sono per lo più di origine batterica e sono associati a stati infiammatori, è stata effettuata un’analisi metagenomica su DNA estratto da cieco; i dati ottenuti mostrano nei Timp3 ko differenze significative nel microbioma intestinale rispetto ai WT evidenziando modificazioni delle popolazioni batteriche come Roseburia, Faecalibacterium, Blautia, Oscillibacter compatibili con l’insorgenza di patologie metaboliche come diabete di tipo 2. I dati ottenuti suggeriscono nel loro complesso che alterazioni del microbioma intestinale potrebbero rappresentare uno dei fattori all’origine dello sviluppo di uno stato di infiammazione sistemica responsabile dell’effetto diabetogeno e aterogeno associato all’assenza di Timp3.