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Avaliação da atividade neuroprotetora do gangliosídio GM1 em modelo in vivo e in vitro de toxicidade do peptídeo β-amiloide

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Avaliação da atividade neuroprotetora do gangliosídio GM1 em modelo in vivo e in vitro de toxicidade do peptídeo β-amiloide

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Título Avaliação da atividade neuroprotetora do gangliosídio GM1 em modelo in vivo e in vitro de toxicidade do peptídeo β-amiloide
Autor Kreutz, Fernando
Orientador Trindade, Vera Maria Treis
Co-orientador Salbego, Christianne Gazzana
Data 2014
Nível Doutorado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Ciências Básicas da Saúde. Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica.
Assunto Córtex cerebral
Doença de Alzheimer
Gangliosídeo G(M1)
Hipocampo
Microdomínios da membrana
Neuroproteção
Peptídeos beta-amilóides
Resumo A doença de Alzheimer (DA) é uma desordem neurodegenerativa caracterizada por perda da memória e das demais funções cognitivas. Sua patogenia envolve a produção do peptídeo β-amiloide (Aβ), através da clivagem da proteína precursora amiloide (APP) por β- e γ-secretases (amiloidogênese), e a posterior agregação do Aβ em oligômeros e/ou fibrilas. A toxicidade do Aβ tem sido associada a diversos mecanismos, a incluir desde seu efeito oxidante e inflamatório, até sua propriedade de induzir necrose por ruptura das membranas neurais, ou apoptose via ativação de cascatas sinalizatórias. Como etapa comum a estes mecanismos de toxicidade, a interação do peptídeo com membranas neurais, em particular com o gangliosídio GM1 (constituinte dos rafts), parece ser indispensável ao dano neural associado ao peptídeo, bem como à ativação da cascata amiloide que caracteriza o ciclo patológico Aβ-amiloidogênese. O GM1 é um gangliosídio de membrana que, quando administrado exogenamente, apresenta propriedades neurotróficas e neuroprotetoras, inclusive em modelos de DA. Os mecanismos envolvidos nesta neuroproteção, no entanto, ainda precisam ser melhor elucidados. Com isto, o objetivo da presente tese foi avaliar o potencial efeito neuroprotetor do GM1 em modelo in vivo e in vitro de toxicidade do Aβ1-42 fibrilado, e propor mecanismos para esta neuroproteção. Inicialmente, demonstramos que o GM1 (0,30 mg/kg), quando co-administrado (icv) com Aβ (2 nmol) previne o déficit cognitivo induzido pelo peptídeo (teste de reconhecimento de objetos), bem como a redução na atividade da Na+,K+-ATPase (enzima envolvida na regulação da transmissão sináptica) no hipocampo de ratos Wistar machos. Demonstrou-se, além disso, que este efeito neuroprotetor do GM1 é acompanhado de aumento nas defesas antioxidantes, em córtex e hipocampo (TRAP). Como a toxicidade do Aβ e a modulação da amiloidogênese parecem ser dependentes de alterações na estrutura dos microdomínios de membrana (rafts), investigamos o efeito da injeção (icv) de Aβ e do tratamento (icv) com GM1 sobre a integridade dos rafts e sobre a distribuição das proteínas APP e BACE1 (β-secretase) nestes microdomínios. Observamos que o Aβ promoveu um desmonte parcial nos rafts, acompanhado de um aumento na distribuição de APP e BACE1 nestes microdomínios, efeitos estes que foram prevenidos pelo tratamento com GM1. Em virtude de os rafts modularem diversas funções neurais, e de a co-localização de APP e BACE1 nos rafts ser um evento necessário a amiloidogênese, os resultados aqui obtidos, reforçam a ideia de que o GM1 exerça sua função neuroprotetora ao preservar a arquitetura das membranas e que o mesmo poderia frear a ativação da amiloidogênese induzida pelo Aβ, ao prevenir a redistribuição das proteínas APP e BACE1 aos rafts lipídicos. A fim de avaliar a atividade neuroprotetora do GM1 em modelo in vitro da DA, e de investigar a sua propriedade de interagir com o Aβ impedindo a interação deste às membranas neurais, avaliamos o efeito da incubação de GM1 (10, 20 e 30μM) frente à toxicidade do Aβ (0,5μM) em células de neuroblastoma humano SH-SY5Y, bem como, verificamos o efeito de uma prévia incubação Aβ-GM1 (in vitro) sobre a toxicidade induzida pelo peptídeo. Como resultado, observamos que o GM1 promoveu neuroproteção nas três concentrações testadas e que esta neuroproteção foi, pelo menos parcialmente, mediada por sua capacidade de interagir in vitro com o Aβ. Nossos dados, em conjunto, reforçam as evidências que apontam o GM1 como uma potencial droga neuroprotetora em modelos de DA.
Abstract Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by a loss of memory and impairment of other cognitive functions. Its pathogenesis involves the production of β-amyloid peptide (Aβ) by cleavage of the amyloid precursor protein (APP) by β- and γ-secretases (amyloidogenesis) and the subsequent aggregation of Aβ into oligomers and/or fibrils. Aβ toxicity has been associated with several mechanisms, ranging from its oxidant and inflammatory effects until their property to induce necrosis by neural membrane rupture, or apoptosis via activation of signaling cascades. As a common step to these toxicity mechanisms, the peptide interaction with neural membranes, particularly with GM1 ganglioside (component of membrane rafts), seems to be pivotal to the peptide induced neural damage, as well as the amyloid cascade activation that characterizes the pathological vicious cycle Aβ- amyloidogenesis. GM1 is a membrane ganglioside provided of neurotrophic and neuroprotective properties in AD models, when exogenously administered. The mechanisms of neuroprotection, however, need to be further elucidated. By this way, the aim of this PhD thesis was to evaluate the potential neuroprotective effect of GM1 in in vivo and in vitro models of fibrilar Aβ1-42 toxicity, and to propose mechanisms for this neuroprotection. Initially, we demonstrated that GM1 (0.30 mg/kg.), when co-administered (icv) with Aβ (2nmol), prevents the peptide induced cognitive deficit (object recognition task), as well as Aβ induced reduction in Na+,K+-ATPase activity (a enzyme involved in synaptic transmission regulation) in the hippocampus from male Wistar rats. We have shown, furthermore, that this neuroprotective effect of GM1 is accompanied by an increase in antioxidant defenses in the cortex and hippocampus (TRAP). As Aβ toxicity, as well as the modulation of amyloidogenesis, appear to be dependent on changes in the structure of membrane microdomains (rafts), we have investigated the effect of Aβ icv injection and GM1icv treatment on raft integrity and on the distribution of APP and BACE1 (β- secretase) proteins in these microdomains. As result, Aβ promoted a partial raft disassemble, accompanied by an increase in the distribution of APP and BACE1 to these microdomains, effects that were prevented by GM1 treatment. Considering that rafts modulate several neural functions, and that APP and BACE1 co-localization into lipid rafts is pivotal to amyloidogenesis, our results reinforce the idea that GM1 neuroprotection is mediated by membrane architecture preservation, and that GM1 treatment could slow down the Aβ induced activation of amyloidogenesis, by prevention of APP and BACE1 redistribution into lipid rafts. In order to evaluate the GM1 neuroprotective activity in an in vitro AD model, and to investigate GM1 property of interacting with Aβ and preventing its interaction with neuronal membranes, we evaluated GM1 (10, 20 and 30μM) effect against Aβ (0,5 μM)-induced toxicity in SHSY5Y human neuroblastoma cells, as well as, we verified the effect of a Aβ-GM1 in vitro preincubation on the peptide-induced toxicity. As our results indicate, the three tested GM1 concentrations promoted neuroprotection and this effect was, at least partially, mediated by its ability to in vitro interact with Aβ peptide. Our data, when taken together, reinforce the evidence suggesting GM1 as a potential neuroprotective drug in AD models.
Tipo Tese
URI http://hdl.handle.net/10183/115589
Arquivos Descrição Formato
000964481.pdf (2.310Mb) Texto parcial Adobe PDF Visualizar/abrir

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