Efeitos de um antioxidante direcionado para a mitocôndria em um modelo animal para a acidemia glutárica tipo I

Abstract

A acidemia glutárica tipo I (AG I) é uma acidemia orgânica de herança autossômica recessiva caracterizada pela deficiência da enzima glutaril-CoA desidrogenase (GCDH), que participa do catabolismo dos aminoácidos lisina, hidroxilisina e triptofano. Os pacientes acometidos pela AG I apresentam sintomas iniciais inespecíficos até o aparecimento das crises encefalopáticas. Durante essas crises, que ocorrem após situações de catabolismo elevado, uma característica degeneração do estriado é observada nos pacientes, seguida de sintomas como distonia e discinesia, hipotonia, convulsões, rigidez muscular e espasticidade. Atualmente, o tratamento para a AG I possui pouca eficácia, sendo realizada restrição dietética de proteínas e suplementação de L-carnitina. Portanto, no presente estudo, foram avaliados a homeostase redox, o metabolismo energético e o controle de qualidade mitocondrial em cérebro de camundongos selvagens (Gcdh+/+) e nocautes para a enzima GCDH (Gcdh-/-) submetidos à dieta rica em lisina. Dessa forma, camundongos Gcdh+/+ e Gcdh-/- de 30 dias de idade receberam uma dieta de lisina (4,7%) por 72 h. Alguns animais ainda receberam três injeções intraperitoneais do antioxidante direcionado à mitocôndria JP4-039 (5 g/g), uma para cada dia da dieta. Quando a dieta completou 72 horas, os animais foram eutanasiados e tiveram seu estriado e córtex cerebral homogeneizados para a avaliação dos parâmetros. Os resultados mostraram um aumento nos níveis de malondialdeído (MDA) e na oxidação de 2’,7’-diclorofluoresceína (DCFH) no estriado e córtex de camundongos Gcdh-/-, comparados aos animais Gcdh+/+. Também foi verificado um aumento na atividade da superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e glutationa transferase (GST) nas duas estruturas avaliadas dos camundongos nocautes. Ainda, foi observada uma diminuição na atividade da glutationa peroxidase (GPx) no estriado de camundongos Gcdh-/-. Os achados também demonstraram uma diminuição no metabolismo da glicose no córtex cerebral através da técnica MicroPET. A fosforilação da p38 e o conteúdo das proteínas canal de ânions dependente de voltagem (VDAC) e proteína cinase ativada por adenosina monofosfato (AMPK) também estavam alterados nas duas estruturas cerebrais. Já o tratamento com JP4-039 preveniu as alterações nos níveis de MDA, na oxidação de DCFH, na atividade das enzimas antioxidantes e no metabolismo de glicose. Estes achados mostram que estresse oxidativo, hipometabolismo da glicose e alterações na biogênese mitocondrial contribuem para a fisiopatologia da AG I, e que o JP4-039 é um candidato promissor para o tratamento dessa doença.

Glutaric aciduria type I (GA I) is a neurometabolic disorder caused by the deficient activity of the mitochondrial enzyme glutaryl-CoA dehydrogenase (GCDH), which participates in the catabolism of the amino acids lysine, hydroxylysine and tryptophan. Patients affected by AG I have nonspecific symptoms until the onset of encephalopathic crises. These crises occur due to situations of high catabolism, such as fever, infections or prolonged fasting. After these crises, a characteristic bilateral striatal degeneration occurs in patients, followed by dystonia and dyskinesia, seizures, muscle stiffness and spasticity. Currently, the treatment for GA I is ineffective and consists only of dietary protein restriction and L-carnitine supplementation. In the present study, we evaluated redox homeostasis, energy metabolism and mitochondrial quality control in brain of wild type (Gcdh+/+) and knockout (Gcdh-/-) mice fed a high lysine diet. Thirty-day-old Gcdh+/+ and Gcdh-/- mice received a high lysine chow (4.7%) for 72 h. Some animals also received three intraperitoneal injections of JP4-039 (5 g/g) for each day of the diet. When the diet completed 72 h, mice were euthanized, and their striatum and cerebral cortex were homogenized for the evaluation of the parameters. Our results showed an augment in malondialdehyde (MDA) levels and 2’,7’-dichlorofluorescein (DCFH) oxidation in striatum and cerebral cortex of Gcdh-/- mice, compared to Gcdh+/+ animals. We also observed an increase in the activity of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione S-transferase (GST) in both structures of the knockout mice. Moreover, the activity of GPx was decreased in striatum of Gcdh-/- mice. Furthermore, a decrease in glucose metabolism was seen in cerebral cortex of Gcdh-/- mice, assessed by MicroPET scan. Alterations in the phosphorylation of p38 and the content of voltage-dependent anion-selective channel (VDAC) and adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) were further verified in brain of Gcdh-/- animals. The treatment with JP4-039 prevented the alterations on MDA levels, DCFH oxidation, antioxidant enzyme activities and glucose metabolism. Our data show that oxidative stress, glucose metabolism and mitochondrial biogenesis alterations contribute to the pathophysiology of GA I, and that JP4-039 is a promising candidate for the treatment of this disorder.