Efeitos da homocisteína sobre parâmetros bioquímicos e estruturais do citoesqueleto de células neurais de ratos

Abstract

A homocistinúria (HHCY) é uma desordem metabólica causada algum tipo de deficiência no metabolismo da metionina, folato ou vitamina B12, resultando no acúmulo tecidual de homocisteína (Hcy) e de metionina. Os pacientes afetados por essa doença apresentam principalmente retardo mental, isquemia cerebral, convulsões e aterosclerose. Vários mecanismos têm sido propostos para explicar a relação entre HHCY e desordens no sistema nervoso, entre eles podemos destacar mecanismos glutamatérgicos, mobilização de Ca+2 e envolvimento de espécies reativas de oxigênio (ROS). Considerando que o citoesqueleto é um importante alvo para a sinalização celular em inúmeras doenças neurodegenerativas, nosso estudo investigou os possíveis efeitos tóxicos da Hcy sobre alguns parâmetros bioquímicos do citoesqueleto neural. Ratos submetidos a um tratamento crônico com Hcy apresentam uma marcada seletividade na alteração da expressão gênica das subunidades dos filamentos intermediários (FIs) estudados, tanto no extrato tecidual total como na fração citoesquelética de hipocampo e córtex cerebral, refletindo uma maior susceptibilidade do hipocampo nessas alterações. Estudos in vitro mostraram que a Hcy 100 e 500 μM, relacionadas a homocistinuria (HHCY) moderada e grave respectivamente, são capazes de causar hiper (Hcy 100 μM) ou hipofosforilação (Hcy 500 μM) das subunidades dos neurofilamentos e da proteina glial fibrilar ácida, FIs do citoesqueleto de neurônios e astrócitos respectivamente. Estes efeitos são dependentes da idade dos ratos e da estrutura cerebral, manifestando-se em hipocampo de ratos de 17 dias de idade. Resultados em fatias de hipocampo mostraram que a ação das duas concentrações de Hcy é mediada por mecanismos dependentes do influxo de Ca2+ por receptores NMDA e por canais de Ca2+ dependentes de voltagem, assim como da liberação de Ca2+ dos estoques intracelulares, enfatizando a alta suscetibilidade e complexidade das vias de sinalização ativadas por Ca2+ no hipocampo. Além disso, estudos morfológicos em astrócitos e células de glioma C6 mostraram que células glias em cultura também são alvo para as ações da Hcy, reorganizando seu citoesqueleto e alterando o sistema fosforilante associado ao mesmo através de mecanismos envolvendo excitotoxicidade, estresse oxidativo e mecanismos glutamatérgicos. Estes estudos mostram que a integridade estrutural do citoesqueleto é da maior importância para o funcionamento neuronal e qualquer distúrbio na dinâmica desta estrutura poderia ativar processos de reparação plástica manifestados como alterações na expressão, localização e metabolismo das proteínas do citoesqueleto. No entanto, os mecanismos através dos quais o desequilíbrio do citoesqueleto é capaz de induzir a disfunção neural ainda não foram esclarecidos e a exata dimensão destas alterações precisa ser determinada.

The homocystinuria (HHCY) is a metabolic disorder caused by deficiency in the metabolism of methionine, vitamin B12 or folate, which leads to tissue accumulation of homocysteine (Hcy) and methionine. Homocystinuric patients usually present mental retardation, cerebral ischemia, seizures, and atherosclerosis. Several mechanisms have been proposed to explain the relationship between HHCY and nervous system disorders, among them we can highlight glutamatergic mechanisms, mobilization of Ca+2 and involvement of reactive oxygen species (ROS). Considering that the cytoskeleton is an important target for cellular signaling in many neurodegenerative diseases, our study investigated the possible toxic effects of Hcy on some biochemical parameters of the neural cytoskeleton. Initially, we demonstrated that rats subjected to chronic model of Hcy showed a marked selectivity in alterations of gene expression, total immunocontent and cytoskeletal fraction of subunits of intermediate filaments (IFs) studied, reflecting a greater susceptibility of the hippocampus in these changes. In vitro studies showed that 100 and 500 μM Hcy associated with moderate and severe HHCY respectively, was able to induced hyperphosphorylation (Hcy 100 μM) and hypophosphorylation (Hcy 500 μM) of neurofilaments subunits and glial fibrillary acidic protein, IFs of neuronal and astrocytic cytoskeleton. These effects are dependentents of age and cerebral structure of rats: hippocampus of 17 day old rats are sensible. Results in slices of hippocampus showed that the action of Hcy is mediated by mechanisms dependent of influx of Ca2+ by NMDA receptors and Ca2+ channels voltage-dependent and release of Ca2+ from intracellular stores, emphasizing the high susceptibility and complexity of signaling pathways activated by Ca2+ in the hippocampus. In addition, glial cells were also target for the actions of Hcy, reorganizing their cytoskeleton and changing the phosphorylation system associated to cytoskeleton through mechanisms involving excitotoxicity, oxidative stress and glutamatergic mechanisms. The cytoskeleton may represent a target to HHCY and your dysfunction can have an important role in neurodegeneration characteristic of the disease. However, the mechanisms by which disruption of the cytoskeleton proteins is able to induce neural dysfunction have not yet been clarified and the exact extent of these changes need to be determined.