Investigação do efeito citoprotetor da astaxantina em modelo experimental de desordem metabólica induzido por metilglioxal

Abstract

Astaxantina (AST), uma xantofila, tem sido vista como uma molécula citoprotetora em diferentes modelos experimentais. AST é uma potente indutora da enzima hemeoxigenase-1 (HO-1), a qual está envolvida na degradação do heme, gerando monóxido de carbono (CO), íons de ferro livres e biliverdina (BV). Biliverdina redutase (BVR) converte BV em bilirrubina (BR). CO, BV e BR podem induzir efeitos antioxidantes e anti-inflamatórios em determinados tipos celulares. Metilglioxal (MG), um dicarbonil reativo, é um subproduto da glicólise e da degradação de certos aminoácidos, dentre outras moléculas. Ainda, MG é um contaminante na água, no solo e no ar. MG induz a produção de espécies reativas direta e indiretamente. Além disso, MG causa disfunção mitocondrial. As mitocôndrias são as principais fontes de adenosina trifosfato (ATP) em células animais. Por outro lado, as mitocôndrias são um importante sítio de produção de espécies reativas. Assim, dano mitocondrial pode resultar em colapso bioenergético e desequilíbrio redox. De fato, MG induz estresse oxidativo, falência bioenergética e inflamação em células humanas. No presente trabalho, investigamos se um pré-tratamento com AST atenuaria os efeitos causados por MG em células de neuroblastoma humano SH-SY5Y. AST a 5 – 40 μM foi administrada às células por 24 h antes da exposição ao MG por 24 h adicionais. Analisamos ambos os parâmetros celulares e mitocondriais nesse modelo experimental. Encontramos que AST a 20 μM preveniu o desequilíbrio redox e o colapso bioenergético nas células expostas ao MG. AST estimulou a atividade de HO-1 e a inibição desta enzima por protoporfirina-IX de zinco (ZnPP-IX) suprimiu os efeitos promovidos por AST nas mitocôndrias das células expostas ao MG. Além disso, AST preveniu o aumento induzido por MG nos níveis de interleucina-1β (IL-1β) e de fator de necrose tumoral-α (TNF-α), marcadores de inflamação, nas células expostas ao ZnPP-IX. Um co-tratamento com molécula-2 liberadora de monóxido de carbono (CORM-2) ou BR reduziu o impacto de MG na viabilidade das células SH-SY5Y. Assim, AST preveniu o dano celular, o colapso mitocondrial e a inflamação por um mecanismo associado com HO-1 em células expostas ao MG. Pesquisas adicionais são necessárias para analisar o mecanismo exato pelo qual AST promoveu citoproteção contra MG.

Astaxanthin (AST), a xanthophyll, has been viewed as a cytoprotective molecule in different experimental models. AST is a potent inducer of the enzyme heme oxygenase-1 (HO-1), which is involved in the degradation of heme, generating carbon monoxide (CO), free iron ions, and biliverdin (BV). Biliverdin reductase (BVR) converts BV into bilirubin (BR). CO, BV, and BR can induce antioxidant and anti-inflammatory effects in certain cell types. Methylglyoxal (MG), a reactive dicarbonyl, is a by-product of glycolysis of the degradation of certain amino acids, among other molecules. Otherwise, MG is a contaminant in water, soil, and air. MG induce the production of reactive species by direct and indirect routes. Moreover, MG causes mitochondrial dysfunction. Mitochondria are a major source of adenosine triphosphate (ATP) in animal cells. On the other hand, mitochondria are an important site of reactive species production. Thus, mitochondrial damage may result in bioenergetics collapse and redox impairment. In fact, MG induces oxidative stress, bioenergetics failure, and inflammation in human cells. In the present work, we investigated whether a pre-treatment with AST would attenuate the effects caused by MG in the human neuroblastoma SH-SY5Y cells. AST at 5 – 40 μM was administrated to the cells for 24 h prior to an exposure to MG for additional 24 h. We analyzed both cellular and mitochondrial parameters in this experimental model. We found that AST at 20 μM prevented the redox impairment and bioenergetic collapse in the cells exposed to MG. AST stimulated HO-1 activity and inhibition of this enzyme by zinc protoporphyrin-IX (ZnPP-IX) suppressed the effects promoted by AST on the mitochondria of the cells exposed to MG. Furthermore, AST prevent the MG-induced increase in the levels of interleukin-1β (IL-1β) and tumor necrosis factor-α (TNF-α), markers of inflammation, in the cells exposed to ZnPP-IX. A co-treatment with carbon monoxide releasing molecule-2 (CORM-2) or BR reduced the impact of MG on the viability of the SH-SY5Y cells. Thus, AST prevented the cellular impairment, mitochondrial collapse, and inflammation by a mechanism associated with HO-1 in the cells exposed to MG. Further research is necessary to analyze the exact mechanism by which AST promoted cytoprotection against MG.