Role of mitochondria in the differential action of sodium deoxycholate and ursodeoxycholic acid on rat duodenum

Abstract

Sodium deoxycholate (NaDOC) inhibits the intestinal Ca2+ absorption and ursodeoxycholic acid (UDCA) stimulates it. The aim of this study was to determine whether NaDOC and UDCA produce differential effects on the redox state of duodenal mitochondria altering the Krebs cycle and the electron transport chain (ETC) functioning, which could lead to perturbations in the mitochondrial dynamics and biogenesis. Rat intestinal mitochondria were isolated from untreated and treated animals with either NaDOC, UDCA, or both. Krebs cycle enzymes, ETC components, ATP synthase, and mitochondrial dynamics and biogenesis markers were determined. NaDOC decreased isocitrate dehydrogenase (ICDH) and malate dehydrogenase activities affecting the ETC and ATP synthesis. NaDOC also induced oxidative stress and increased the superoxide dismutase activity and impaired the mitochondrial biogenesis and functionality. UDCA increased the activities of ICDH and complex II of ETC. The combination of both bile acids conserved the functional activities of Krebs cycle enzymes, ETC components, oxidative phosphorylation, and mitochondrial biogenesis. In conclusion, the inhibitory effect of NaDOC on intestinal Ca2+ absorption is mediated by mitochondrial dysfunction, which is avoided by UDCA. The stimulatory effect of UDCA alone is associated with amelioration of mitochondrial functioning. This knowledge could improve treatment of diseases that affect the intestinal Ca2+ absorption.

Le désoxycholate de sodium (NaDOC) entraîne une inhibition de l’absorption intestinale du Ca2+, alors que l’acide ursodésoxycholique (UDCA) entraîne sa stimulation. Le but de cette étude était d’établir si le NaDOC et le UDCA produisent des effets différentiels sur l’état d’oxydoréduction de mitochondries duodénales, modifiant le cycle de Krebs et le fonctionnement de la chaîne de transport des électrons (CTE), ce qui pourrait mener à des perturbations dans les propriétés dynamiques et la biogenèse des mitochondries. Nous avons isolé des mitochondries de l’intestin de rats auxquels était administré ou non du NaDOC, du UDCA ou les deux. Nous avons établi les concentrations des enzymes du cycle de Krebs, des composantes de la CTE et de l’ATP synthase, ainsi que les propriétés dynamiques des mitochondries et les marqueurs de leur biogenèse. Le NaDOC entraînait un abaissement de l’activité de l’isocitrate déshydrogénase (ICDH) et de la malate déshydrogénase affectant la CTE et la synthèse d’ATP. Le NaDOC entraînait aussi un stress oxydatif et une augmentation de l’activité de la superoxyde dismutase, avec des effets délétères sur la biogenèse et le fonctionnement des mitochondries. Le UDCA entraînait une augmentation de l’activité de l’ICDH et du complexe II de la CTE. L’association des deux acides biliaires permettait de préserver l’activité fonctionnelle des enzymes du cycle de Krebs, des composantes de la CTE, de la phosphorylation oxydative et la biogenèse des mitochondries. En conclusion, l’effet inhibiteur du NaDOC sur l’absorption intestinale du Ca2+ est médié par un dysfonctionnement des mitochondries qui peut être évité avec le UDCA. L’effet stimulateur du UDCA seul est associé avec une amélioration du fonctionnement des mitochondries. Ces connaissances pourraient permettre d’améliorer le traitement de maladies qui affectent l’absorption intestinale du Ca2+.