Diferenciação colinérgica da linhagem de neuroblastoma humano SH-SY5Y e seu uso como modelo in vitro da Doença de Alzheimer

Abstract

A Doença de Alzheimer (DA) é uma desordem neurodegenerativa caracterizada por um declínio cognitivo global, incluindo uma perda progressiva de memória, orientação e raciocínio, associada com a degeneração especifica de neurônios colinérgicos. As alterações histopatológicas que definem a DA são protéicos de β-amilóide e tau hiperfosforilada em placas senis e emaranhados neurofibrilares, respectivamente. Porém, os mecanismos moleculares que levam a DA não estão bem caracterizados e ainda não há nenhum tratamento eficaz para prevenir ou reverter os seus sintomas. Parte dessa dificuldade se deve à escassez de modelos experimentais adequados. Previamente nosso grupo estabeleceu condições experimentais para a diferenciação do neuroblastoma humano SH-SY5Y em neurônios dopaminérgicos a partir da adição de ácido retinóico (AR). Alguns estudos sugerem que esta linhagem, quando tratada com AR e fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF), apresenta uma mudança para um fenótipo colinérgico. Dessa forma, este trabalho tem por objetivo caracterizar a diferenciação colinérgica desta linhagem e estabelecer as melhores condições de tratamento com ácido ocadáico (AO), que promove a hiperfosforilação e deposição da proteína tau, em combinação com oligômeros solúveis de β-amilóide (Aβ1-42), para uso como modelo in vitro ao estudo da DA. As células proliferativas foram cultivadas em meio DMEM/F12 com 10% de soro fetal ( FB). A diferenciação foi induzida com 10μM de AR em meio a cultura com 1% de SFB durante sete dias, sendo o BDNF (10 nM) acrescentado a partir do quarto dia. Determinamos a atividade da Acetilcolinesterase (AChE), da Colina Acetiltransferase (ChAT) e o imunoconteúdo de ChAT como marcadores colinérgicos. O co-tratamento com BDNF resultou em células com notável morfologia neuronal, apresentando aumento na densidade e comprimento de neuritos e nos marcadores colinérgicos. Após o estabelecimento do modelo colinérgico, as células diferenciadas da linhagem de neuroblastoma SH-SY5Y foram desafiadas com uma curva de dose das neurotoxinas Aβ1-42 ou AO, e a neurotoxicidade foi avaliada pelo ensaio do brometo de 3-(4,5-dimetiltiazol-2il)-2,5-difeniltetrazolium (MTT) em combinação com a densidade de neuritos. A partir desses resultados, doses subletais das toxinas foram selecionadas para estabelecer o modelo in vitro da Doença de Alzheimer. Esses resultados fazem dessa linhagem celular uma ferramenta útil no campo da neurociência, podendo torná-la um modelo adequado para o estudo da Doença de Alzheimer.

Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by a global cognitive decline, including progressive loss of memory, orientation and reasoning associated with a specific degeneration of cholinergic neurons. Histopathological changes that define AD are amyloid-β hyperphosphorylated tau deposits in senile plaques and neurofibrillary tangles, respectively. However, the leading molecular mechanisms are not well elucidated and still there is no effective treatment to prevent or reverse the symptoms. Part of this difficulty is due to the lack of suitable experimental models. Our group previously established experimental conditions for the differentiation of human neuroblastoma SH-SY5Y cells into dopaminergic neurons-like with retinoic acid (RA) addition. Some studies suggested that when treated with RA and brain-derived neurotrophic factor (BDNF) this cell line has a shift to a cholinergic like phenotype. Thus, this study aims to characterize the cholinergic differentiation of SH-SY5Y cell line and to determine the best conditions for okadaic acid (OA) treatment, which promotes the deposition and hyperphosphorylation of tau protein, in combination with solubleoligomers of β- myl (Aβ - 42). Thereby we established a suitable AD in vitro model. Exponentially growing SH-SY5Y cells were maintained in DMEM / F12 medium with 10% fetal bovine serum (FBS). Differentiation was triggered by the combination of 10 μM of RA plus medium with 1% of FBS during 7 days, BDNF was added on 4th day. We determined Acetylcholinesterase (AChE) and Choline Acetyltransferase (ChAT) enzymatic activities and the ChAT immunocontent as cholinergic markers. Once the cholinergic like in vitro model was established, the differentiated SH- Y5Y cells were challeng with of Aβ -42 or AO dose curve, and neurotoxicity was evaluated by an 3-(4,5-dimethylthiazol-2il)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay in combination with neurite density. Hence, sublethal doses of neurotoxins were selected to determine the in vitro model of Alzheimer's disease. Taken together, these results suggested SH-SY5Y cell line as a useful and suitable model in Alzheimer's disease research.