Avaliação dos efeitos do BMAA sobre parâmetros glutamatérgicos, oxidativos e inflamatórios em células astrogliais C6 : potencial papel glioprotetor do resveratrol

Abstract

O aminoácido não proteico β-N-metilamino-L-alanina (BMAA) é uma neurotoxina ambiental produzida principalmente por cianobactérias que tem sido associada ao desenvolvimento de condições neurodegenerativas, incluindo esclerose lateral amiotrófica (ELA), ELA associada ao complexo de demência de Parkinson e doença de Alzheimer. Seus principais mecanismos de neurotoxicidade conhecidos estão relacionados à indução de excitotoxicidade e estresse oxidativo em neurônios. Contudo, seus efeitos nas células astrogliais permanecem pouco conhecidos. Essas células exercem funções importantes para a manutenção da homeostase do sistema nervoso central (SNC), entre elas a captação e metabolismo de neurotransmissores, particularmente do glutamato, suporte metabólico, produção e liberação de moléculas antioxidantes como a glutationa (GSH), e a participação na resposta inflamatória. Assim, disfunções nessas células podem estar envolvidas nos mecanismos de dano do BMAA ao SNC. Por outro lado, a manutenção da funcionalidade astroglial pode representar uma potencial estratégia protetora. Neste sentido, nosso grupo de pesquisa tem demonstrado a ação glioprotetora do polifenol resveratrol frente a diferentes estímulos nocivos. Assim, neste estudo buscamos avaliar as possíveis disfunções astrogliais induzidas pelo BMAA, bem como investigamos o potencial papel glioprotetor do resveratrol, como uma estratégia preventiva frente à exposição ao BMAA. Nossos dados demonstram que o BMAA alterou parâmetros glutamatérgicos, aumentando a captação de glutamato e a atividade e expressão da enzima glutamina sintetase. Observamos também uma diminuição das defesas antioxidantes relacionadas à enzima superóxido dismutase (atividade e expressão), ao conteúdo de GSH e à expressão da enzima glutamato-cisteína ligase, a qual participa da biossíntese de GSH. Além disso, o BMAA induziu resposta inflamatória, aumentando os níveis extracelulares e expressão gênica de citocinas pró-inflamatórias, como interleucina-1β e interleucina-6, além de regular positivamente a expressão do fator nuclear kappa B (NFκB) e das enzimas ciclo-oxigenase 2 e óxido nítrico sintase induzível. O BMAA também diminuiu a expressão gênica da interleucina-10, dos receptores de adenosina A1 e A2A, da fosfoinositídeo-3-cinase (PI3K), Akt e do coativador 1-alfa do receptor-gama ativado pelo proliferador de peroxissoma (PGC-1α), que são importantes vias relacionadas a respostas anti-inflamatórias, de sobrevivência celular e de biogênese mitocondrial. Por outro lado, o resveratrol preveniu a maioria destas alterações celulares e moleculares induzidas pelo BMAA, além de modular positivamente a expressão do fator eritroide nuclear 2 relacionado ao fator 2 (Nrf2), da enzima heme oxigenase 1 (HO-1) e do PGC-1α, os quais têm sido apontados como importantes mecanismos moleculares associados aos efeitos do resveratrol. Assim, o presente trabalho demonstrou potenciais efeitos gliotóxicos do BMAA, bem como, pela primeira vez na literatura científica, caracterizou a atividade glioprotetora do resveratrol frente a toxicidade induzida pelo BMAA.

The non-protein amino acid β-N-methylamino-L-alanine (BMAA) is an environmental neurotoxin produced mainly by cyanobacteria that has been associated with development of neurodegenerative conditions, such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS), ALS and Parkinsonism-Dementia Complex (ALS-PDC), and Alzheimer’s disease. The mainly mechanisms of BMAA neurotoxicity are related to induction of excitotoxicity and oxidative stress in neurons. However, little is known about its effects on astroglial cells. These cells play important functions for maintaining central nervous system (CNS) homeostasis, including uptake and metabolism of neurotransmitters, in particular of glutamate, metabolic support, production and release of antioxidant molecules, such as glutathione (GSH), and participation in inflammatory response. Therefore, astroglial dysfunctions might be involved in the mechanisms underlying BMAA damage to the CNS. In this regard, our research group has demonstrated the glioprotective role of polyphenol resveratrol against different harmful stimuli. Thus, the aim of this study was to evaluate whether BMAA induced astroglial dysfunctions, as well as to investigate the potential glioprotective role of resveratrol, as a preventive strategy against BMAA exposure. Our data showed that BMAA changed glutamatergic parameters, increasing glutamate uptake and both expression and activity of glutamine synthetase. In addition, we observed a decrease in antioxidant defenses related to superoxide dismutase (activity and expression), GSH content and expression of glutamate-cysteine ligase that participates in GSH biosynthesis. BMAA also induced inflammatory response by increasing extracellular levels and gene expression of pro-inflammatory cytokines, such as interleukin-1β and interleukin-6, in addition to upregulate the expression of nuclear factor kappa B (NFκB), cyclooxygenase 2, and inducible nitric oxide synthase. Moreover, BMAA decreased the gene expression of interleukin-10, adenosine receptors A1 and A2A, phosphoinositide-3-kinase (PI3K), Akt, and peroxisome proliferator-activated receptor-gamma 1-alpha coactivator (PGC-1α), which are important pathways related to anti-inflammatory responses, cell survival and mitochondrial biogenesis. In contrast, resveratrol prevented most of BMAA-induced cellular and molecular alterations, in addition to upregulate nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), heme oxygenase-1 (HO-1), and PGC-1α, which have been pointed out as important molecular mechanisms associated with resveratrol effects. Therefore, the present study demonstrated the potential gliotoxic effects of BMAA, as well as for the first time, characterized the glioprotective activity of resveratrol against BMAA-induced toxicity.