Analisi della delezione condizionale di LDHA/B allo scopo di studiare le interazioni metaboliche tra le cellule di Müller e i fotorecettori nella retina murina.

The mammalian retina is a metabolically linked system where different cell types exchange metabolites to meet the intense energy requirements. The retina exhibits high rates of aerobic glycolysis, a mechanism also known as the Warburg effect, which results in the production of elevated levels of lactate even in the presence of oxygen. More than 80% of the glucose in the tissue is oxidized to lactate due to the activity of lactate dehydrogenase (LDH). Without this enzyme, lactate cannot be produced or utilized. By using cell-type specific conditional deletion of Ldha and Ldhb in murine Müller cells, the age-dependent role of these glial cells in the retinal lactate metabolism was analyzed. Following the hypothesis that photoreceptors are highly glycolytic and export lactate, which is then taken up by Müller cells, we analyzed the consequences of the inability of these glial cells to use lactate to fuel oxidative phosphorylation and sustain their survival. Thickness measurement of retinal layers showed that dKO of LDHA/B results in a decreased length of the outer photoreceptor segments from 4 weeks of age. Moreover, a progressive decrease in the thickness of the outer nuclear layer (ONL) indicates that the pathology that starts in the outer photoreceptor layers progresses and eventually determines the degeneration of photoreceptor cells in older animals. Immunohistochemical analysis evidenced the presence of reactive gliosis and increased infiltration of microglia in the tissue from 13 weeks of age. Because of the role of Müller cells in supporting photoreceptors, we performed metabolic assays and immunohistochemical analysis to determine whether the inability of Müller cells to utilize lactate as an energy source determines dysfunctions in anabolic pathways that can affect photoreceptor function and survival. LDHA/B dKO had a transient decrease in serine secretion and expression of PHGDH, the rate-limiting enzyme in serine synthesis, at 4 weeks of age. Lactate secretion decreased at all ages, suggesting a possible secondary reduction in LDHA expression in photoreceptors. Moreover, preliminary data from CAXIV-KO mice indicates that pH dysregulation and acidosis might contribute to the shortening of outer photoreceptor segments.

La retina è un sistema metabolicamente connesso dove diversi tipi di cellule scambiano metaboliti per soddisfare l’elevato tasso metabolico. La retina presenta elevati livelli di glicolisi aerobica, un meccanismo anche chiamato effetto Warburg, che porta alla produzione di elevate quantità di lattato anche in presenza di ossigeno. Più dell’80% del glucosio nel tessuto viene ossidato a lattato grazie all’attività dell’enzima lattato deidrogenasi (LDH). Senza questo enzima, il lattato non può essere prodotto o utilizzato. Utilizzando modelli murini con delezione di Ldha e Ldhb nelle cellule di Müller, è stato analizzato il ruolo del lattato nel metabolismo di queste cellule gliali a diverse età. Seguendo l’ipotesi che i fotorecettori siano altamente glicolitici ed esportino lattato, le conseguenze dell’impossibilità delle cellule di Müller di usare il lattato per produrre energia sono state analizzate. La misurazione dello spessore degli strati della retina mostra che l’inattivazione di LDHA/B nelle cellule di Müller determina una riduzione nella lunghezza dei segmenti esterni dei fotorecettori già a partire dalle 4 settimane di età. Inoltre, la progressiva diminuzione dello spessore dello strato nucleare esterno (ONL) suggerisce che la patologia inizialmente identificata nei segmenti esterni progredisca e determini la degenerazione dei fotorecettori negli animali più anziani. Analisi immunoistochimiche mostrano la presenza di gliosi reattiva e una maggiore infiltrazione di microglia dalle 13 settimane di età. Dato il ruolo delle cellule di Müller nel sostentamento dei fotorecettori, saggi metabolici e analisi immunoistochimiche sono stati effettuati per verificare se l’impossibilità di queste cellule di usare lattato come fonte di energia determina disfunzioni nel loro funzionamento che compromettono funzione e sopravvivenza dei fotorecettori. La secrezione di serina e l’espressione di PHGDH, enzima limitante nella biosintesi dell’aminoacido, sono transientemente ridotte in LDHA/B dKO a 4 settimane di età. La secrezione di lattato è diminuita a tutte le età analizzate, suggerendo una possibile riduzione secondaria nell’espressione di LDHA nei fotorecettori. Analisi preliminari di topi CAXIV-KO mostrano che la disregolazione del pH e l'acidosi potrebbero contribuire alla patologia dei fotorecettori.