Ability of omega-3 fatty acids to modulate uterine fibrotic cell structure and gene expression

Uterine leiomyomas, also known as fibroids, represent the most common form of benign tumors in premenopausal women. Treatment often results in hysterectomy, which correlates with a high morbidity and socio-economic burden. Also, as knowledge on the pathogenesis is limited, it is important to gain a better understanding of the disease and define new therapeutic targets. In this study, we analyzed the effects of omega-3 fatty acids on the lipid profile, membrane architecture and specific gene expression in myometrial and leiomyoma cells. Primary myometrial and leiomyoma cells were treated with omega-3 fatty acids, eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) (50 μM) for 48 hours. Gaschromatography with flame ionization detector (GC-FID) was used to measure fatty acid content and by applying the method of Laurdan fluorescence we assessed membrane fluidity or rigidity. Real-time PCR was used for measurement of gene expression of extracellular matrix components (Collagen1A1, fibronectin, versican), pro-fibrotic factor (activin A), mechanical signaling (integrin β1, FAK and AKAP13) and sterol regulatory molecules (ABCG1, ABCA1, CAV1 and SREBF2) as well as mitochondrial enzyme (CYP11A1). Our results show that EPA and DHA reduce the monounsaturated fatty acid content and lead to an increase of polyunsaturated fatty acids in both, myometrial and leiomyoma cells in vitro. Untreated myometrial and leiomyoma cell membranes were in the liquid-crystalline phase. When treated with EPA and DHA, both cell types had higher Laurdan excitation generalized polarization values indicating an increased rigidity. Though there was no change in the mRNA expression of EMC components detectable, EPA and DHA lead to reduced levels of ABCG1, ABCA1 and AKAP13 in both cell types and also decreased FAK and CYP11A1 production in myometrial cells. In conclusion, omega-3 fatty acids are able to modify the fatty acid profile, restructuring the cell membrane architecture and downregulating the expression of genes required for mechanical signaling and cellular lipid accumulation in myometrial and leiomyoma cells.

I leiomiomi uterini, anche conosciuti come fibromi, rappresentano la forma tumorale benigna più comune nelle donne fertili. Spesso si ricorre all’asportazione chirurgica dell’utero, isteroctomia, con conseguente morbilità e onere socioeconomico. La patogenesi non è del tutto conosciuta, pertanto è auspicabile una migliore comprensione della malattia per definire nuovi bersagli terapeutici. In questo studio, abbiamo analizzato gli effetti degli acidi grassi omega-3 sul profilo lipidico, sull'architettura della membrana cellulare e sull'espressione di specifici geni nelle cellule isolate da miometrio e da leiomioma. Le cellule primarie di miometrio e di leiomioma sono state trattate con gli acidi grassi omega-3, l’acido eicosapentaenoico (EPA) e l’acido docosaesaenoico (DHA) (50 μM) per 48 ore. Il contenuto degli acidi grassi è stato misurato mediante gas-cromatografia con rivelatore a ionizzazione di fiamma (GC-FID). Lo stato di fluidità o rigidità delle membrane è stato individuato utilizzando la fluorescenza del Laurdan. I livelli di espressione genica dei component della matrice extracellulare (Collagene1A1, fibronectina, versican), dei fattori pro-fibrotici (activina A), delle molecole di mechanical signaling (integrina β1, FAK and AKAP13) e di regolazione degli steroli (ABCG1, ABCA1, CAV1 and SREBF2), nonché degli enzimi mitocondriali (CYP11A1) sono stati valutati mediante PCR real-time. I risultati che abbiamo ottenuto mostrano che l’EPA e il DHA riducono il contenuto degli acidi grassi monoinsaturi e fanno incrementare gli acidi grassi polinsaturi in vitro nelle cellule isolate da entrambi i tipi di tessuto, miometrio e leiomioma. Le membrane cellulari miometriali e di leiomioma non trattate erano nella fase liquido-cristallina. Quando trattati con EPA e DHA, entrambi i tipi di cellule hanno riportato valori di polarizzazione generalizzata di eccitazione del Laurdan più elevati, indice di una maggiore rigidità. Sebbene non siano stati rilevati cambiamenti nell'espressione di mRNA dei componenti della matrice extracellulare, l’EPA e il DHA hanno ridotto i livelli di ABCG1, ABCA1 e AKAP13 in entrambi i tipi di cellule e hanno anche diminuito la produzione di FAK e CYP11A1 nelle cellule del miometrio. In conclusione, gli acidi grassi omega-3 sono in grado di modificare il profilo degli acidi grassi, di modificare l'architettura della membrana cellulare, di ridurre l'espressione dei geni necessari per il mechanical signaling e per l'accumulo intracellulare di lipidi nelle cellule di miometrio e di leiomioma.