Avaliação da remodelação celular em culturas de astrócitos hipotalâmicos

Abstract

Os astrócitos são células gliais extremamente versáteis, que possuem diversas funções no sistema nervoso central (SNC), como por exemplo: manutenção da homeostase iônica, captação e liberação de diversos neurotransmissores, como o glutamato e o ácido gama-aminobutírico (GABA), liberação de mediadores inflamatórios, participação nos sistemas de defesa antioxidante, bem como fazem parte da barreira hematoencefálica, entre outras funções. Para caracterizar propriedades bioquímicas, farmacológicas e morfológicas das células gliais, frequentemente utiliza-se a metodologia de cultura de células. Neste sentido, astrócitos de animais neonatos e adultos respondem de formas diferentes a estímulos, sendo que astrócitos no cérebro adulto são mais organizados e possuem conexões bem estabelecidas, enquanto os astrócitos de neonatos são extremamente plásticos e possuem um baixo grau de diferenciação, além de serem bastante sensíveis a estímulos tóxicos e/ou protetores. Com base nisso, culturas de animais em diferentes idades e estágios de maturação ajudam a elucidar o papel dos astrócitos nos processos do envelhecimento cerebral e/ou da fisiologia do cérebro adulto. O hipotálamo é uma região fundamental responsável pela termorregulação e atividades homeostáticas, como o balanço energético. Assim, inúmeros estudos têm mostrado o importante papel que os astrócitos possuem nas funções do hipotálamo, tais como suporte metabólico e trófico aos neurônios, defesa imunológica e detecção de nutrientes. O processo de envelhecimento caracteristicamente pode perturbar a homeostase do organismo, envolvendo respostas inflamatórias e, consequentemente, possui relação com as disfunções dos astrócitos hipotalâmicos. A remodelação astrocitária corresponde a modificações celulares, fazendo com que a célula mude suas características metabólicas e funcionais, a partir disso, avaliamos a possível remodelação astrocitária em culturas de astrócitos hipotalâmicos provenientes de ratos Wistar neonatos e adultos, mediante a troca de meio extracelular entre elas, com foco em possíveis alterações funcionais, celulares e moleculares nestas células. Nossos resultados mostraram alterações significativas em parâmetros metabólicos e mitocondriais, como liberação de lactato e expressão da enzima citrato sintase (CS), bem como na resposta inflamatória, particularmente em relação à liberação e expressão do fator de necrose tumoral α (TNF-α), interleucina-1 beta (IL-1β) e interleucina-10 (IL-10). Outros efeitos modulatórios também foram identificados na expressão de ciclo-oxigenase 2 (COX-2), fator eritroide nuclear 2 relacionado ao fator 2 (Nrf2), heme oxigenase 1 (HO-1), sirtuína 1 (SIRT1), proteína cinase ativada por AMP (AMPK) e coativador-1 alfa do receptor gama ativado por proliferador de peroxissomo (PGC-1α), tal como no marcador de senescência p21. Com base nisso, concluímos que a troca de meio extracelular entre as culturas de astrócitos hipotalâmicos provenientes de animais neonatos e adultos pode modular diferentes parâmetros neuroquímicos, celulares e moleculares relacionados ao processo de envelhecimento. Esta possível remodelação astrocitária pode contribuir no entendimento dos processos de envelhecimento no SNC e para o desenvolvimento de futuras estratégias protetoras.

Astrocytes are versatile glial cells, which have several functions in the central nervous system (CNS), such as: maintenance of ionic homeostasis, uptake and release of several neurotransmitters, such as glutamate and gamma-aminobutyric acid (GABA), release of inflammatory mediators, participation in antioxidant defense systems, as well as being part of the blood-brain barrier, among other functions. To characterize biochemical, pharmacological, and morphological properties of glial cells, cell culture methodology is often used. In this regard, astrocytes from neonatal and adult animals can respond differently to stimuli, since astrocytes in adult brain are more organized and have well-established connections, while neonatal astrocytes are extremely plastic and have a low degree of differentiation, in addition to being sensitive to toxic and/or protective stimuli. Based on this, astrocyte cultures from animals at different ages and stages of maturation help to elucidate the role of astrocytes in brain aging processes and/or adult brain physiology. The hypothalamus is a fundamental region responsible for thermoregulation and homeostatic activities such as energy balance. Thus, numerous studies have shown the important role that astrocytes play in hypothalamic functions, such as metabolic and trophic support to neurons, immune defense, and nutrient detection. The aging process can characteristically disturb the body's homeostasis, involving inflammatory responses and, consequently, is related to dysfunctions in hypothalamic astrocytes. Astrocyte remodeling corresponds to cellular modifications, causing the cell to change its metabolic and functional characteristics, based on this, we evaluated the possible astrocyte remodeling in hypothalamic astrocyte cultures from neonatal and adult Wistar rats, through the exchange of extracellular medium between them, focusing on possible functional, cellular and molecular changes in these cells. Our results showed significant alterations in metabolic and mitochondrial parameters, such as lactate release and citrate synthase (CS) expression, as well as in the inflammatory response, particularly regarding the release and expression of tumor necrosis factor α (TNF-α), interleukin-1 beta (IL-1β) and interleukin-10 (IL-10). Other modulatory effects were also identified in the expression of cyclooxygenase 2 (COX-2), nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), heme oxygenase 1 (HO-1), sirtuin 1 (SIRT1), AMP-activated protein kinase (AMPK), and peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1 alpha (PGC-1α), as well as in the senescence marker p21. Based on this, we conclude that the exchange of extracellular medium between hypothalamic astrocyte cultures from neonatal and adult animals can modulate different neurochemical, cellular and molecular parameters related to the aging process. This astrocyte remodeling may contribute for understanding the aging processes in the CNS as well as to future protective strategies.