Alterações mitocondriais em células neurais em resposta à adaptação ao estresse

Abstract

O estresse é uma resposta não específica do organismo a ameaças à sua homeostase e o estresse crônico parece contribuir para o desenvolvimento de diversas patologias. Em situações estressantes são liberados glicocorticóides (GCs) pelo córtex adrenal, os quais se ligam aos receptores de glicocorticóides (RGs) para exercer suas ações. As mitocôndrias são organelas com diversas funções, dentre elas, a geração de energia na célula. Nos neurônios elas são essenciais para a função sináptica e sobrevivência neuronal, e podem ser encontradas tanto no corpo quanto na região sináptica. Uma vez que os GCs estão envolvidos na expressão de proteínas mitocondriais, alterações nos níveis de GCs ou RGs podem afetar as mitocôndrias e, consequentemente, a célula como um todo. Nessa tese, o foco de estudo foram as alterações que os GCs podem provocar na mitocôndria do sistema nervoso. No Capítulo I desta tese foi investigado os efeitos do estresse crônico por contenção sobre a cadeia respiratória mitocondrial e o conteúdo de RGs, de estriado, hipocampo e córtex de ratos machos e fêmeas, bem como a massa mitocondrial (MM) e o potencial de membrana mitocondrial (PMM) em dissociado de células e sinaptossomas destas mesmas estruturas cerebrais. Foi verificado que a resposta ao estresse envolveu alterações mitocondriais de forma sexo-específica, porém, não foi possível esclarecer se houve alteração na quantidade de mitocôndrias nestas respostas ao estresse. No Capítulo II estudamos se a ativação direta dos RGs com doses não tóxicas de dexametasona (DEX) provocaria alteração na quantidade de mitocôndrias em curto prazo. Para isso, células SH-SY5Y diferenciadas com ácido retinóico, que são corriqueiramente utilizadas como modelo neuronal, foram tratadas por 24 ou 48 horas com diferentes doses não tóxicas de DEX e foram avaliados MM e PMM. A DEX per se não afetou, em nenhuma dose ou tempo de tratamento, nem a MM, nem o PMM das células SHSY5Y diferenciadas, portanto, nos tempos e doses testadas, não altera a quantidade de mitocôndrias. No Capítulo III testamos os efeitos de altas doses de corticosterona (CORT) por um período mais longo, in vivo permitindo assim adaptações do animal. As estruturas analisadas foram hipocampo e estriado de camundongos machos, e as análises foram realizadas em células totais e sinaptossomas. Também testamos o efeito da diminuição dos GCs no cérebro utilizando um modelo hipocorticóide com DEX. O tratamento com DEX aumentou a MM e PMM de células totais, MM de neurônios e PMM de sinaptossomas de hipocampo; em estriado, reduziu a MM. O tratamento com CORT aumentou MM e PMM de sinaptossomas de estriado. Portanto, neste capítulo verificamos que a depleção dos GCs com DEX gerou aumento na quantidade de mitocôndrias no hipocampo demonstrada pelos aumentos na MM e PMM. Esse aumento na quantidade de mitocôndrias no corpo celular se refletiu também em um aumento na quantidade de mitocôndrias nos sinaptossomas. Com esse estudo concluímos que os principais efeitos do estresse sobre as mitocôndrias neuronais parecem ocorrer por diminuição da sensibilidade aos GCs e não pela presença de altas doses do hormônio. Essas alterações parecem ser adaptativas, favorecendo o manejo do estresse pelo animal, porém são necessários mais estudos para avaliar se, a mais longo prazo, essas adaptações continuam ocorrendo e como essas células adaptadas irão responder a insultos.

Stress is a non-specific response to factors that threatens homeostasis and chronic stress seems to contribute to the development of several pathologies. In stressful situations, adrenal cortex releases glucocorticoids (GCs) which bind to glucocorticoid receptors (RGs) to exert their actions. Mitochondria are organelles with several functions, among them, the energy generation in the cell. In neurons they are essential for synaptic function and neuronal survival, and can be found in both the body and the synaptic region. Since GCs are involved in mitochondrial protein expression, changes in GCs or RGs may affect mitochondria and, consequently, the cell as a whole. In this thesis our focus was the changes that GCs can cause in the mitochondria present in the nervous system. In Chapter I we investigated the effects of chronic restraint stress on the mitochondrial respiratory chain and the RG content in striatum, hippocampus and cortex of male and female rats, as well as mitochondrial mass (MM) and mitochondrial membrane potential (PMM) in dissociated cells and synaptosomes in these same brain structures. It was verified that the stress response involved mitochondrial alterations in a sex-specific way; however, it was not possible to clarify if there was alteration in mitochondria quantity in these stress responses. In Chapter II we studied whether the direct RG activation with non-toxic doses of dexamethasone (DEX) would cause in short term changes in the mitochondrial amount. For this, retinoic acid-differentiated SH-SY5Y cells, which are commonly used as neuronal model, were treated for 24 or 48 hours with different non-toxic doses of DEX and were evaluated MM and PMM. DEX per se did not affect, at any dose or time of treatment, either MM or PMM of differentiated SH-SY5Y cells, therefore at the times and doses tested it does not alter the mitochondrial amount. In Chapter III we tested the effects of high doses of corticosterone (CORT) for a longer period, in vivo thus allowing animal adaptations to GC. We analyzed male mice’s hippocampus and striatum, and analyzes were performed on total cells and synaptosomes. We also tested the effect of GC decrease in the brain using a hipocorticoid model with DEX. Treatment with DEX increased the MM and PMM of total cells, MM of neurons and in PMM of hippocampal synaptosomes; in striatum, MM was reduced. Treatment with CORT increased synaptosomal MM and PMM in striatum. Therefore, in this chapter we verified that GCs depletion with DEX generated an increase in the mitochondrial amount in hippocampus demonstrated by increases in MM and PMM. This increase in the amount of mitochondria in the cell body was also reflected in an increase in the synaptosomal amount of mitochondria. With this study we conclude that the main effects of stress on neuronal mitochondria seem to occur due to decreased sensitivity to GCs and not to high doses of the hormone. These changes appear to be adaptive, favoring animal stress management, but further studies are needed to assess whether these adaptations continue to occur in the longer term and how these adapted cells will respond to insults.