Avaliação dos mecanismos envolvidos na toxicidade de oligômeros do peptídeo β-amiloide em cultura organotípica de hipocampo de ratos

Abstract

A doença de Alzheimer é a principal e a mais comum desordem neurodegenerativa relacionada à idade. O número de pessoas afetadas pela doença de Alzheimer vem crescendo bastante nos últimos anos, principalmente devido ao aumento da expectativa de vida da população. As causas para o desenvolvimento da doença de Alzheimer são bastante complexas, envolvendo uma combinação de fatores genéticos, moleculares e ambientais. Os emaranhados neurofibrilares, constituídos pela proteína tau hiperfosforilada, e as placas senis, compostas pelo peptídeo β-amiloide, são as duas principais alterações fisiopatológicas encontradas nessa patologia. Existe uma ampla variedade de evidências genéticas, fisiológicas e bioquímicas que suportam a ideia que o peptídeo β-amiloide é ao menos uma das causas que originam a doença de Alzheimer. Na forma monomérica, o peptídeo β-amiloide parece não exercer efeitos tóxicos. Porém, conforme estas formas monoméricas se polimerizam formando intermediários solúveis denominados oligômeros, e por fim protofibrilas e fibrilas, exercem consideráveis efeitos neurotóxicos. Os oligômeros do peptídeo β-amiloide são capazes de se correlacionar de forma mais consistente com os distúrbios cognitivos observados na doença de Alzheimer. Além disso, diversos trabalhos atribuem às alterações sinápticas um dos principais mecanismos de toxicidade dos oligômeros do peptídeo β- amiloide. Para isso, diversas vias de sinalização sofrem alteração no seu funcionamento, como a via das MAPKs, destacando as proteínas JNK1/2 e ERK1/2, e a via Wnt/β-catenina. Neste trabalho nós procuramos avaliar os mecanismos moleculares de toxicidade dos oligômeros do peptídeo β-amiloide em culturas organotípicas de hipocampo de ratos. Para isso, as culturas foram expostas às concentrações de 0,5; 1 e 2 μM por um período de 48h. A morte celular foi avaliada a partir da incorporação do iodeto de propídeo, um marcador de morte celular de células principalmente em processo de necrose. A exposição das culturas a todas as concentrações testadas não foi capaz de causar um aumento significativo na morte celular. Entretanto, observamos um decréscimo nos níveis da proteína sinaptofisina por Western blotting em todas as concentrações utilizadas. Essas alterações nos níveis de sinaptofisina foram acompanhadas pela ativação da proteína JNK, ou seja, pelo aumento da sua fosforilação, e pela inibição da proteína ERK, que teve seus níveis de fosforilação diminuídos. Nós também observamos uma diminuição no imunoconteúdo da proteína β-catenina. A avaliação dos níveis de fosforilação da GSK-3β e β-catenina não apresentou resultado significativo. Embora mais estudos sejam necessários para avaliar os mecanismos de toxicidade dos oligômeros do peptídeo β-amiloide, nossos resultados sugerem uma perda sináptica nas culturas organotípicas, uma das primeiras características observadas na doença de Alzheimer. Acreditamos que esse modelo possa ser utilizado no estudo de fatores fisiológicos e compostos farmacológicos relacionados com a doença de Alzheimer.

Alzheimer’s disease is the principal and the most common neurodegenerative age-related disorder. The number of patients affected by Alzheimer’s disease has increased greatly in recent years, mainly due to increase in life expectancy of the population. The causes for the development of Alzheimer’s disease are quite complex, involving a combination of genetics, molecular, and environmental factors. Neurofibrillary tangles, formed by hyperphosphorylated tau protein, and senile plaques, composed of amyloid-β peptide, are the two major pathological changes found in Alzheimer’s disease. A wide variety of genetic, physiological, and biochemical evidences support the idea that amyloid-β peptide is at least one of the main causes of Alzheimer’s disease. In monomeric form the amyloid-β peptide appears did not exert toxic effects. However, as these monomers polymerize forming soluble intermediates called oligomers, and after protofibrils and fibrils, exert considerable neurotoxic effects. The amyloid-β oligomers peptide are more consistently correlated to cognitive disturbances observed in Alzheimer’s disease. In addition, several works have attributed to synaptic changes a major mechanism of amyloid-β oligomers toxicity. Several signaling pathways become altered in their work due to amyloid-β oligomers, such as MAPK pathway, highlighting JNK1/2 and ERK1/2 proteins, and Wnt/β-catenina. In this work, we evaluated the molecular mechanisms of amyloid-β oligomers toxicity in rat organotypic hippocampal slice cultures. For this purpose, cultures were exposed to concentrations of 0.5, 1, and 2 μM of amyloid-β oligomers for 48h. Cell death was assessed from the incorporation of propidium iodide, a marker of cell that are mainly in the necrosis process death. Exposure of all concentrations tested was not able to induce a significant increase in cell death in cultures. However, a decrease in synaptophysin protein levels by Western blotting occured in all concentrations. These changes in synaptophysin levels were accompanied by JNK activation and ERK inhibition. We also observed a decrease in β-catenin protein immunocontent. The evaluation of GSK-3β and β-catenin phosphorylation showed no significant alterations. Although further studies are necessary for understanding the mechanisms underlying amyloid-β oligomers toxicity, our data suggest synaptic loss in organotypic cultures, one of the earlier characteristics of AD, may be considered a good model to study physiologic factors and pharmacologic compounds AD-related.