Mecanismos envolvidos na neuroproteção da genisteína em modelos in vitro e in vivo de toxicidade induzida pelo peptídeo beta-amiloide

Abstract

A doença de Alzheimer (DA), um dos grandes desafios em saúde atualmente, é uma desordem neurodegenerativa marcada pela deterioração progressiva da memória e de outras funções cognitivas. As características histopatológicas da DA incluem o acúmulo extracelular de formas insolúveis do peptídeo beta-amiloide (Aβ) na forma de placas amiloides e a deposição intracelular da proteína Tau hiperfosforilada na forma de emaranhados neurofibrilares, as quais afetam extensas áreas cerebrais com a progressão da doença. O acúmulo do peptídeo Aβ é proposto como um evento precoce na fisiopatologia da DA já que ele desencadeia uma série de alterações moleculares e celulares como perda da função sináptica, alteração na ativação de proteínas intracelulares e hiperfosforilação da Tau, as quais levariam à disfunção e à morte neuronal. Contribuindo em grande parte para o desafio que representa a DA, tem-se a limitada resposta clínica proporcionada pela farmacoterapia atualmente disponível para o manejo sintomático dessa doença. Na busca de estratégias alternativas para a prevenção ou para o tratamento da neurotoxicidade e do processo neurodegenerativo associados à DA, a genisteína, que é uma das isoflavonas predominantes na soja, tem sido sugerida como uma opção promissora por seus efeitos potencialmente neuroprotetores. Entretanto, ainda são necessárias a investigação e a melhor compreensão dos mecanismos responsáveis por seus efeitos. Com isto, o objetivo da presente tese foi avaliar o potencial efeito neuroprotetor do tratamento com genisteína em modelos in vitro e in vivo de toxicidade induzida pelo peptídeo Aβ. Inicialmente, observou-se que esse composto diminuiu a morte celular provocada pela exposição de células SH-SY5Y ao peptídeo Aβ25-35 (25 μM). Além disso, demonstrou-se que esse efeito foi acompanhado pela prevenção da inativação da Akt e da hiperfosforilação da Tau e, ao menos em parte, pela diminuição da ativação da GSK-3β. Para o estudo dos efeitos do tratamento com genisteína (10 mg/kg por 10 dias) sobre o dano cognitivo desencadeado pelo peptídeo Aβ, realizou-se um modelo in vivo de toxicidade induzida pela injeção intracerebroventricular de Aβ1-42 (2 nmol). A genisteína melhorou significativamente o déficit cognitivo causado pelo peptídeo, atenuando ainda a sinaptotoxicidade, evidenciada pela prevenção da redução dos níveis hipocampais de sinaptofisina, induzida pelo Aβ1-42. Além disso, esse composto preveniu a hiperfosforilação da Tau desencadeada pelo Aβ1-42 no hipocampo, efeito este que foi acompanhado pela diminuição da ativação da GSK-3β e pela redução parcial da ativação da JNK. Observou-se ainda o efeito protetor da genisteína sobre a inativação da ERK provocada pelo peptídeo. Considerando que o processo neurodegenerativo pode estar associado ao prejuízo das propriedades físico-químicas das membranas, ocasionado por alterações no equilíbrio de sua composição lipídica, avaliou-se os efeitos da injeção intracerebroventricular do Aβ1-42 (2 nmol) e do tratamento com genisteína (10mg/kg por 10 dias) sobre os principais lipídios de membranas neurais (fosfolipídios, colesterol e gangliosídios) no córtex frontal de ratos. Observou-se que o peptídeo reduziu o conteúdo total de gangliosídios, diminuindo especificamente os níveis de GD1b e de GQ1b. O tratamento com genisteína, por sua vez, foi capaz de prevenir essas alterações, sugerindo que esse composto possa proteger contra o dano induzido pelo peptídeo à membrana celular. Em conjunto, estes resultados confirmam e reforçam o efeito neuroprotetor da genisteína sobre a toxicidade induzida pelo peptídeo Aβ e, sobretudo, ampliam o conhecimento atual acerca dos mecanismos relacionados à sua neuroproteção.

Alzheimer’s disease (AD), one of the major health challenges today, is a neurodegenerative disorder marked by the progressive deterioration of memory and other cognitive functions. The histopathological features of AD include the extracellular accumulation of insoluble forms of amyloid-beta (Aβ) peptide in amyloid plaques and the intracellular deposition of hyperphosphorylated Tau protein in neurofibrillary tangles, which affect extensive brain areas as the disease progresses. The accumulation of Aβ peptide is proposed as an early event in the pathophysiology of AD as it triggers a series of molecular and cellular alterations such as loss of synaptic function, changes in the activation of intracellular proteins, and hyperphosphorylation of Tau, which could lead to neuronal dysfunction and death. Contributing in a large part for the challenge that represents AD, there is the limited clinical response provided by the pharmacotherapy currently available for the symptomatic management of this disease. In the search of alternative strategies for the prevention or the treatment of the neurotoxicity and the neurodegenerative process associated with AD, genistein that is one of the predominant isoflavones in soy has been suggested as a promising option for its potentially neuroprotective effects. However, the investigation and a better understanding of the mechanisms responsible for its effects are still needed. So, the objective of the present thesis was to evaluate the potential neuroprotective effect of the treatment with genistein in in vitro and in vivo models of Aβ peptide-induced toxicity. Initially, it was observed that this compound reduced the cell death caused by the exposure of SH-SY5Y cells to the Aβ25-35 peptide (25 μM). Moreover, it has been shown that this effect was accompanied by the prevention of Akt inactivation and Tau hyperphosphorylation and, at least in part, by the decrease of GSK-3β activation. For the study of the effects of treatment with genistein (10 mg/kg for 10 days) on the cognitive impairment triggered by the Aβ peptide, an in vivo model of intracerebroventricular infusion of Aβ1-42 (2 nmol)-induced toxicity was performed. Genistein significantly improved the cognitive deficit caused by the peptide and also attenuated the synaptotoxicity, as evidenced by the prevention of reduction of hippocampal levels of synaptophysin induced by Aβ1-42. In addition to that, this compound prevented Tau hyperphosphorylation triggered by Aβ1-42 in the hippocampus, an effect that was accompanied by the decrease of GSK-3β activation and partial reduction of JNK activation. It was also observed the protective effect of genistein on ERK inactivation induced by the peptide. Considering that the neurodegenerative process may be associated with the impairment of the physicochemical properties of the membranes, caused by changes in the balance of their lipid composition, the effects of intracerebroventricular infusion of Aβ1-42 (2 nmol) and treatment with genistein (10 mg/kg for 10 days) on the main membrane lipids (phospholipids, cholesterol, and gangliosides) were evaluated in the frontal cortex of rats. It was observed that the peptide decreased the total ganglioside content, specifically reducing the levels of GD1b and GQ1b. Treatment with genistein, in turn, was able to prevent these changes, suggesting that this compound may protect against the damage induced by the peptide to the cell membrane. Taken together, these results confirm and reinforce the neuroprotective effect of genistein on the Aβ peptide-induced toxicity and, mainly, expand the current knowledge concerning the mechanisms related to its neuroprotection.