Efeito de agentes que mimitizam algumas características iniciais da Doença de Alzheimer sobre parâmetros de função astrocítica e no processamento amiloide em culturas primárias de astrócitos

Abstract

Os astrócitos são as células mais numerosas do sistema nervoso central, disfunções dessas células estão relacionas ao desenvolvimento de doenças neurodegenerativas. A doença de Alzheimer é a doença neurodegenerativa mais comum e costuma ser diagnosticada em estágios mais avançados, onde os pacientes já apresentam prejuízo cognitivo e perda de memória. Fisiologicamente a doença de Alzheimer é caracterizada pela formação de placas amiloides, devido ao acúmulo de peptídeo βA e formação de emaranhados neurofibrilares, resultantes da hiperfosforilação da proteína neuronal tau. Muitos estudos relacionam o início do desenvolvimento da doença com a presença de outras patologias e disfunções. Um dos fatores de risco para o desenvolvimento da doença de Alzheimer é o diabetes mellitus tipo 2, que entre outras alterações, aumenta a glicação de proteínas, o que pode ser mimetizado in vitro pelo metilglioxal (MG), que é um composto propagador de reações desse tipo. Sabe-se também que nos estágios iniciais da doença de Alzheimer pode ocorre uma diminuição do metabolismo de glicose no sistema nervoso central, ou ainda o desenvolvimento de inflamação, fenômenos que podem ser induzidos em astrócitos in vitro por exposição a fluorocitrato (FC) e lipopolissacarídeo (LPS), respectivamente. Um dos modelos animais da doença de Alzheimer esporádica mais usados é o de administração intracerebroventricular de estreptozotocina (STZ), composto que induz o desenvolvimento de alterações patológicas características desta doença. A deposição das placas amiloides ocorre pelo acúmulo do peptídeo β-amiloide após a clivagem da proteína precursora amiloide, através da ação da enzima β-secretase. Os astrócitos possuem enzimas que estão envolvidas na degradação deste peptídeo, como a neprilisina (NEP) e a enzima de degradação da insulina (IDE) e a redução da atividade destas duas enzimas já foi relacionada ao acúmulo de β-amiloide. Apesar disso, ainda não se sabe a relação entre os mecanismos envolvidos no aumento da produção do peptídeo com a diminuição de sua depuração. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi avaliar os efeitos da exposição de agentes que mimetizam algumas características iniciais da doença de Alzheimer em astrócitos sobre parâmetros de função astrocítica, bem como a expressão das enzimas de degradação do peptídeo β-amiloide. As culturas primárias de córtex de ratos Wistar neonatos foram expostas a MG (5, 50 ou 500 µM), FC (1, 10 ou 100 µM), LPS (0,1; 1 ou 10 µg/mL) ou STZ (2,5; 25 ou 250 µM) e após 24h foram avaliados parâmetros astrocíticos e a expressão de proteínas relacionadas ao processamento amiloide. Nossos resultados mostraram que todos os insultos testados foram capazes, em diferentes concentrações, de diminuir a secreção da proteína S100B, aumentar o conteúdo de GFAP e aumentar a atividade de GS nas culturas de astrócitos. Entretanto, apenas LPS e STZ foram capazes, nas concentrações mais altas, de diminuir a expressão da enzima IDE e apenas a STZ aumentou a expressão de βA. Dessa forma mostramos que esses diferentes tipos de insultos (glicante, inflamatório ou metabólico) podem ter efeitos similares em astrócitos, ao menos no que se refere aos parâmetros astrocíticos avaliados, porém em relação ao processamento amiloide apenas o LPS e a STZ foram capazes de causar alterações.

Astrocytes are the most numerous cells in central nervous system and dysfunction of these cells are related to development of neurodegenerative diseases. Alzheimer’s disease is the most common neurodegenerative disease and usually is diagnosed in more advanced stages, in which patients have cognitive impairment and memory loss. Physiologically, Alzheimer’s disease is characterized by amyloide plaques formation due to Aβ deposition and neurofibrillary tangles formation resulting from hyperphosphorylation of the neuronal protein tau. Many studies relate the beginning of the development of the disease with the presence of other pathologies and dysfunctions. Diabetes mellitus type 2 is a risk factor for Alzheimer’s disease. Among other changes, the increase in protein glication can be mimic in vitro by methylglyoxal (MG), which is able to spread reactions of this type. It is known that in the pre-clinical phase of Alzheimer’s disease occur a decrease in central nervous system glucose metabolism and neuroinflammation, that can be induced in vitro by fluorocitrate (FC) and lipopolysaccharide (LPS) exposure, respectively. One of the animal models of sporadic Alzheimer’s disease most used is based on an intracerebroventricular streptozotocin (STZ) administration, which can induces the development of some characteristic pathologic alterations of this disease. Amyloide plate deposition occurs by Aβ peptide accumulation after cleavage of amyloid protein precursor, by β-secretase enzyme. Astrocytes are involved in this peptide degradation by neprilysin (NEP) and insulin degrading enzyme (IDE). The decrease of the activity of these enzymes have already be related to Aβ accumulation. Despite that it is still not known the relationship between the mechanisms involved in the increase of peptide production and its clearance. Thus, the objective of this work was evaluated the effects of mimicking agents of some initial characteristics of Alzheimer’s disease in astrocytes. Primary cultures of astrocytes were exposed to MG (5, 50 or 500 µM), FC (1, 10 or 100 µM), LPS (0,1, 1 or 10 µg/mL) or STZ (2,5, 25 or 250 µM) for 24 h before astrocytic parameters and amyloid processing proteins evaluation. Our data showed that all insults were capable of decrease S100B protein secretion, increase GFAP content and GS activity. However, only LPS and STZ could decrease IDE expression and only STZ could increase Aβ expression. Therefore, we showed that different insult (glycant, inflammatory or metabolic) can have similar effects in astrocytcic parameters, however in relation to amyloide processing, only LPS and STZ were able to cause changes.