Comprometimento da homeostase telomérica e indução do fenótipo senescente no contexto da obesidade

Abstract

O envelhecimento é um processo biológico caracterizado pela deterioração progressiva das funções fisiológicas do organismo. A perda de função e o acúmulo de dano tecidual estão relacionados a uma série de marcadores celulares, dentre eles, o encurtamento acelerado de telômeros, acúmulo de células senescentes e o comprometimento da função mitocondrial. O estabelecimento do fenótipo senescente pode ser caracterizado pelo aumento na transcrição do gene CDKN1A (P21) e pela atividade da enzima β-galactosidase (β-gal), além de um conjunto de citocinas que constituem um secretoma capaz de contribuir para um estado de inflamação crônico, observado em doenças relacionadas à aceleração do envelhecimento. A obesidade é uma condição fisiológica caracterizada pela alteração na composição e a estrutura do tecido adiposo e uma desregulação metabólica. É uma doença associada a um estado de inflamação crônica, compartilhando aspectos relacionados ao envelhecimento e ao aparecimento de características de senescência de forma antecipada. Dessa maneira, o objetivo principal desta tese foi avaliar parâmetros relacionados à homeostasia do complexo telomérico e o impacto do ambiente oxidativo, característico da obesidade, na indução do fenótipo senescente. Para isso, relacionamos a homeostase do complexo telomérico de células mononucleares de sangue periférico (PBMC) com a indução do fenótipo senescente relacionado à disfunção mitocondrial em células tronco adipo-derivadas (ADSC) expostas ao plasma de indivíduos portadores de obesidade após 10 dias de tratamento. Nossos resultados demonstraram que indivíduos portadores de obesidade possuem telômeros mais curtos e uma desregulação na expressão dos componentes do complexo shelterin em PBMC, independente da ocorrência de comorbidades associadas à doença. Além disso, observamos um aumento do dano oxidativo relacionado ao aumento da lipoperoxidação e o conteúdo de proteínas carboniladas no plasma de indivíduos portadores de obesidade. A Análise de Componentes Principais (PCA) ainda sugere que o comprometimento da homeostase telomérica pode ser parcialmente explicado pela desregulação de TRF1, o qual não pôde ser revertido pelo aumento na resposta antioxidante não enzimática, decorrente de uma possível resposta celular adaptativa. Os efeitos crônicos do plasma de indivíduos portadores de obesidade sugeriram o gatilho da indução do fenótipo senescente em ADSC pelo aumento da atividade da enzima β-gal e um aumento na expressão de CDKN1A. Observamos um acúmulo de mitocôndrias danificadas e indícios de inibição da autofagia celular, características que podem contribuir na indução do fenótipo senescente no contexto da obesidade. Complementando os achados obtidos no sistema periférico (PBMC), nossos resultados ainda demonstram um aumento na expressão de TRF1 nas ADSC no início do fenótipo senescente, sugerindo novamente que TRF1 tem um papel importante na progressão do envelhecimento, tanto a nível de tecido adiposo quando a nível sistêmico. Os dados obtidos nessa tese sugerem que a obesidade é uma doença que está associada à aceleração do fenótipo senescente em diferentes contextos celulares, induzindo a ativação de respostas moleculares antecipadas, similares aos mecanismos observados no envelhecimento.

Aging is a biological process characterized by the progressive deterioration of the physiological functions of the organism. Loss of function and accumulation of tissue damage are related to several cell hallmarks, such as accelerated telomere shortening, senescent cell accumulation, and mitochondrial dysfunction. The establishment of the senescent phenotype can be characterized by the increase in CDKN1A (P21) gene transcription and the enzyme β-galactosidase (β-gal) activity, as well as a set of cytokines that constitute a secretome that contributes to a chronic inflammation state, observed in age-related diseases. Obesity is a multifactorial condition characterized by changes in the composition and structure of adipose tissue and excessive metabolic dysregulation. It is associated with a chronic low-grade inflammatory condition that accompanies metabolic dysfunction, sharing aspects related to anticipation of aging characteristics. Thus, the aim of this thesis was to evaluate parameters related to homeostasis of the telomeric complex and the impact of the obesity-related oxidative environment on the induction of senescent phenotype. To this end, we evaluated the telomere homeostasis of the peripheral blood mononuclear cell (PBMC) and the senescence induction on adipose-derived stem cells (ADSC) by chronic exposure to an obesogenic environment. We demonstrated that obese individuals have shorter telomeres and dysregulated gene expression of shelterin components in PBMC, regardless of the occurrence of disease-associated comorbidities. In addition, we observed increased oxidative damage related to augmented lipoperoxidation and carbonyl protein content in plasma of obese individuals. Also, Principal Component Analysis (PCA) suggests that the impairment of telomeric homeostasis may be partially explained by the positive regulation of TRF1 and could not be reversed by the increase in non-enzymatic antioxidant response, observed as an adaptive cellular response. The chronic effects of obesogenic environment were observed after plasma incubation for 10 days. Our data sugested that the onset of senescent phenotype induction in ADSC was observed by increased β-gal enzyme activity and an increase in CDKN1A expression. After plasma incubation for 10 days. Furthermore, the accumulation of damaged mitochondria may be a response due to autophagy machinery impairment, so that it may contribute to the induction of senescent phenotype in the context of obesity. Our data further demonstrated an increase in TRF1 expression in ADSC at the onset of the senescent phenotype, suggesting that TRF1 plays an important role in the progression of aging, both at adipose and systemic levels. The data obtained in this thesis suggest that obesity is a disease that is associated with acceleration of the senescent phenotype in different cellular contexts, contributing to the activation of molecular responses that trigger characteristics observed in aging.