Participação da HSP70 nos processos mnemônicos e sua indução por choque térmico como tratamento de modelo de Alzheimer

Abstract

Proteínas de choque térmico da família de 70 kDa (HSP70) são chaperonas moleculares citoprotetoras que estão presentes nas células neuronais e podem ser induzidas por uma variedade de insultos estressantes, mas também pela atividade sináptica, incluindo tarefas de aprendizado. Estímulos fisiológicos que induzem a formação de memória de longo prazo também são capazes de estimular a síntese de HSP70 através da ativação de seu fator de transcrição. Além disso, já foi demonstrado que a HSP70 está envolvida na estabilização de microtúbulos e também na degradação da proteína β-amiloide e, por esse motivo, vem sendo estudada como alvo terapêutico na doença de Alzheimer. Neste estudo, investigamos a influência da HSP70 nos processos relacionados à memória e sua indução através do tratamento de choque térmico como potencial alvo terapêutico nos déficits cognitivos relacionados à doença de Alzheimer. Primeiramente, utilizamos ratos machos, que foram treinados na tarefa de condicionamento aversivo contextual (CAC) e então o conteúdo de HSP70 foi analisado por western blot no hipocampo em diversos tempos após o treino e após reativação de curta ou longa duração. Observamos elevações rápidas e transitórias da HSP70 60 min depois do treino. Imunofluorescência com dupla marcação de GFAP e HSP70 revelou que os astrócitos não foram os responsáveis pela indução da HSP70 pelo aprendizado. A distribuição de HSP70 foi marcadamente ao redor das sinapses entre colaterais de Shaffer e células piramidais da região CA1. Do mesmo modo, a reativação, tanto de curta como longa duração, foi capaz de elevar os níveis desta proteína no hipocampo dorsal, com pico ainda mais rápido, em apenas 30 min. Esta elevação foi ainda mais significativa quando uma novidade foi incorporada durante a reativação. O choque utilizado não interferiu na indução de HSP70, pois não foi diferente do grupo apenas reativado. A infusão de HSP70 recombinante (hspa1a) no hipocampo dorsal imediatamente após o treino facilitou a consolidação da memória e aumentou a atividade ERK, diminuindo a atividade da JNK e p38 hipocampais. O bloqueio da HSP70 extracelular endógena através da administração de anticorpo específico não produziu nenhum efeito adicional na consolidação da memória quando aplicada imediatamente após o treinamento, sugerindo que ela está de fato atuando intracelularmente. Infusão de rHSP70 imediatamente após reativação não alterou os valores de freezing quando testado 2 dias depois. Utilizando camundongos 5XFAD, modelo severo da doença de Alzheimer, verificamos a capacidade da HSP70 em modificar parâmetros comportamentais, induzida a partir de terapia com choque térmico, a fim de minimizar os prejuízos encontrados na doença de Alzheimer. Dois meses de tratamento, iniciado aos 3 ou 8 meses de idade, foi capaz de melhorar a memória de reconhecimento de objetos, a memória de condicionamento aversivo ao contexto, e também proteínas relacionadas à plasticidade no hipocampo e córtex pré-frontal. Melhoras no comportamento do tipo ansioso, que são reduzidos em fêmeas 5XFAD, também foi normalizado pelo tratamento quando avaliado aos 10 meses de idade. Não houve alterações nos níveis totais de NF-κB e na ativação de GSK3, tanto no hipocampo quanto no córtex pré frontal. A HSP70 mostrou ser importante nos processos relacionados à memória, sendo capaz de ser induzida rapidamente após aprendizado e reativação do mesmo, o que poderia ser uma indicação de que a tarefa está sendo dominada e pode ser uma boa ferramenta para ser utilizada como um índice de aprendizado. Além disso, o tratamento de choque térmico, através da utilização de sauna infravermelha, mostrou que a indução de HSP70 é capaz de melhorar parâmetros cognitivos da doença de Alzheimer que atualmente não possuem tratamento efetivo.

Heat shock proteins of 70 kDa (HSP70) are cytoprotective molecular chaperones that are present in neuronal cells and can be induced by a variety of stressful insults, but also by synaptic activity, including learning. The physiological stimuli that induce long-term memory formation is also capable of stimulating the synthesis of HSP70 through the activation of its transcription factor. In addition, it has been shown that HSP70 is involved in the stabilization of microtubules and also in the degradation of β-amyloid protein, and for this reason, it has been studied as a therapeutic target in Alzheimer's disease. In our study, we investigated the influence of HSP70 in the processes related to memory and its induction by heat shock as a potential therapeutic target in the cognitive deficits related to Alzheimer's disease. Firstly, male rats were trained in the contextual fear conditioning (CFC) and then the HSP70 content was analyzed by western blot in the hippocampus after training and after reactivation of short or long duration. We observed rapid and transient elevations of HSP70 60 min after training. Immunofluorescence with double labeling of GFAP and HSP72 showed that astrocytes were not responsible for the induction of HSP72 by learning. The distribution of HSP72 was markedly surround the synapses between the Shaffer collatteral and pyramidal cells of the CA1 region. Likewise, reactivation, at short or long duration, was able to raise the levels of this protein in the dorsal hippocampus, even more rapidly, in just 30 min. This elevation was even more pronounced when a novelty was incorporated during reactivation. The shock did not interfere in the induction of HSP70, since its content was not different from the group that was only reactivated. Infusion of recombinant HSP70 (hspa1a) in the dorsal hippocampus immediately after training facilitated memory consolidation and increased ERK activity, decreasing JNK and p38 activity in the hippocampus. Blocking extracellular endogenous HSP70 through the administration of specific antibody did not produce any additional effect on memory consolidation when used immediately training, suggesting that it is actually acting intracellularly. Infusion of rHSP70 immediately after reactivation did not change the freezing levels when tested 2 days later. Using 5XFAD mice, a severe model of Alzheimer's disease, we tested the ability of HSP70 to modify behavioral parameters, induced by heat shock therapy, in order to minimize the damages found in Alzheimer's disease. Two months of treatment, initiated at 3 or 8 months of age, were able to improve object recognition memory, context fear conditioning memory, and also enhance plasticity-related proteins in the hippocampus and prefrontal cortex. Improvements in anxious-like behavior, which are reduced in females 5XFAD, were also reversed by treatment when evaluated at 10 months of age. There were no changes in total NF-κB levels and in GSK3 activation in both the hippocampus and the prefrontal cortex. HSP70 has been shown to be important in memory-related processes, being induced quickly after learning and reactivation, which could be an indication that the task is being mastered and can be a good tool to be used as a learning index. In addition, heat shock treatment through the use of an infrared sauna showed that the induction of HSP70 is able to improve cognitive parameters of Alzheimer's disease that have no currently effective treatment.