Neuropatia diabética : estudo dos mecanismos moleculares envolvidos com a neurotoxicidade do metilglioxal e do glicolaldeído em células diferenciadas de neuroblastoma humano SH-SY5Y

Abstract

Neuropatia é a complicação mais comum e mais debilitante da Diabetes Mellitus, a longo prazo presente em mais de 50% dos pacientes que possuem a doença. A hiperglicemia induz estresse oxidativo nos neurônios de diabéticos acarretando a ativação de múltiplas vias bioquímicas, as quais são potenciais alvos terapêuticos para a neuropatia diabética. Está claro que compostos carbonil reativos são mediadores glicotóxicos do estresse oxidativo através da formação de produtos finais de glicação avançada como resultado direto da hiperglicemia. Metilglioxal e glicolaldeído são compostos carbonil reativos inevitavelmente produzidos pelo metabolismo, os quais são encontrados em maior quantidade em situações de hiperglicemia. Recentemente, tem sido dada muita atenção para o envolvimento de espécies reativas na toxicidade do metilglioxal e do glicolaldeído, e tem-se demonstrado que essas glicotoxinas têm potencial para induzir estresse oxidativo, parar o crescimento celular e promover morte por apoptose ou necrose. O metilglioxal e o glicolaldeído interagem com grupamentos sulfidril de moléculas de glutationa e de enzimas, inibindo sua atividade; entretanto, os mecanismos moleculares relacionados aos efeitos tóxicos dessas glicotoxinas e as vias pelas quais elas levam a formação de espécies reativas não estão completamente elucidados. Neste estudo nós buscamos esclarecer a relação entre o metabolismo do metilglioxal e do glicolaldeído e a produção de espécies reativas, e investigamos as possíveis rotas de morte celular envolvidas. Utilizamos a linhagem celular de neuroblastoma humano SH-SY5Y diferenciada, pois este é um modelo neuronal bem caracterizado para estudos de compostos neurotóxicos. Nós avaliamos a produção de espécies reativas induzida por metilglioxal e glicolaldeído através da técnica da diclorofluoresceína, e avaliamos, também, seus efeitos sob o conteúdo de glutationa celular. Além disso, investigamos a ativação das caspase-3, -8 e -9 e a contribuição de diferentes sistemas peroxidases (glutationa-redutase e a tioredoxina-redutase), na defesa neuronal contra essas glicotoxinas. Como resultados encontramos que o tratamento com ambas glicotoxinas rapidamente provocou um aumento na produção de espécies reativas e diminuição do conteúdo de glutationa, com concomitante ativação das caspases-8 e -9 e, posteriormente, também houve ativação da caspase-3 pelo tratamento com metilglioxal. Vimos que a tioredoxina-redutase possui um papel mais importante na defesa celular contra a toxicidade do metilglioxal do que contra o glicolaldeído, enquanto que a glutationa-redutase tem papel semelhante na defesa celular contra ambas glicotoxinas. Nossos resultados demonstraram que o estresse oxidativo é um importante mecanismo da toxicidade do metilglioxal e do glicolaldeído nas células diferenciadas SHSY5Y e, que enzimas redutoras de grupamentos sulfidril contribuem de diferentes formas na defesa celular contra cada uma dessas glicotoxinas.

Neuropathy is the most common and debilitating complication of Diabetes Mellitus present in more than 50% of the patients with long-standing disease. Hyperglycemia induces oxidative stress in neurons from diabetic patients and results in activation of multiple biochemical pathways. These activated pathways are a major source of damage and are potential therapeutic targets in diabetic neuropathy. A large body of evidence has implicated reactive carbonyl compounds as glycotoxic mediators of oxidative stress by forming advanced glycation endproducts as a direct result of hyperglycemia. Methylglyoxal and glycolaldehyde are reactive carbonil compounds inevitably produced by the metabolism, but they are found in increased rates under hyperglycemia condition. Recently, the attention has been focused on the involvement of reactive species in methylglyoxal and glycolaldehyde toxicities, resulting in oxidative stress and leading to cell growth arrest, apoptotic or necrosis death. These glycotoxins interact with sulfhydryl-groups of glutathione molecules enzymes, inhibiting their activity; however, the molecular mechanism underlying methylglyoxal and glycolaldehyde cytotoxic effects and reactive species generation are not fully understood. In this study we have pursued to establish the role of methylglyoxal and glycolaldehyde metabolisms and reactive species production, and have looked for the possible death routes involved with the toxic effects of these glycotoxins. Here we used the differentiated human neuroblastoma SH-SY5Y cells as neuronal experimental model to investigate the pathological effects of various neurotoxic compounds. We have evaluated the methylglyoxal and glycolaldehyde capacity to reactive species generation by dichlorofluorescein assay and their effects upon cellular glutathione content. Also, we have assessed the caspase-3, -8 and -9 activation and the contribution of different peroxidases systems (glutathione reductase and thioredoxin reductase) in the neuronal defense against methylglyoxal and glycolaldehyde cytotoxicities. We found that both glycotoxins promptly provoke reactive species generation and decrease the cell glutathione content, as well induce caspase-8 and -9 activation. Later caspase-3 activation was found in methylglyoxal treatment. We demonstrate that thioredoxin reductase has a most important role in cell defense against methylglyoxal toxicity than against glycolaldehyde, meanwhile there is no difference in the glutathione reductase role. Our results show that oxidative stress is an important mechanism in the methylglyoxal and glycolaldehyde toxicities and sulfhydryl reductases contributes differently in the cellular defense against these glycotoxins.