Please use this identifier to cite or link to this item:
https://hdl.handle.net/10316/22782
Title: | Neuronal changes under excitotoxic conditions: the role of 26S proteasome | Authors: | Salazar, Ivan Lalanda | Orientador: | Duarte, Carlos Jorge A. M. Bandeira Caldeira, Margarida A. Vaz |
Keywords: | Isquemia cerebral; Neurónios; Glucose; Oxigénio | Issue Date: | 2012 | Citation: | SALAZAR, Ivan Lalanda - Neuronal changes under excitotoxic conditions : the role of 26S proteasome [em linha]. Coimbra : [s.n], 2012. [Consult. em Dia Mês Ano]. Dissertação de mestrado. Disponível em: http://hdl.handle.net/10316/22782 | Abstract: | Os neurónios são um tipo celular altamente especializado e em condições
fisiológicas normais a transmissão sináptica está envolvida em processos homeostáticos
essenciais, nomeadamente em fenómenos de aprendizagem e memória. No entanto,
durante um episódio isquémico os níveis de ATP decrescem para níveis abaixo do limiar
necessário para os neurónios manterem os seus gradientes iónicos. Como resultado, o
neurotransmissor glutamato é massivamente libertado e acumulado no espaço
extracelular. O excessivo influxo de Ca2+ para a célula pós-sináptica devido à
sobreactivação dos receptores do glutamato é responsável por iniciar diversas cascadas
responsáveis por induzir morte celular.
Em condições fisiológicas normais o sistema ubiquitina-proteossoma (UPS) é
responsável pela reciclagem de numerosas proteínas, assim como pela degradação de
proteínas danificadas. O UPS é o principal sistema de proteólise intracelular em células
eucarióticas. Antes de as proteínas serem degradadas no UPS são primeiro marcadas com
quatro (ou mais) ubiquitinas, por acção de ligases de ubiquitina (E3), sendo
posteriormente enviadas para degradação no proteossoma 26S, um grande complexo
dependente de energia composto por uma subunidade reguladora (19S) e por uma
subunidade catalítica (20S). Tem sido demonstrado em diversos modelos de isquémia
transiente global que o proteossoma 26S é desmontado nas suas subunidades
constituintes, 19S e 20S, sugerindo o seu comprometimento após isquemia.
Tendo em conta o papel desempenhado pela activação excessiva dos receptores do
glutamato na morte neuronal na isquemia cerebral, neste trabalho foi estudado o efeito da
excitotoxicidade na actividade do proteossoma em culturas de neurónios do hipocampo.
Verificou-se uma redução transitória da actividade de quimiotripsina do
RESUMO
2
proteossoma, em cerca de 50%, 4 h após uma breve estimulação com glutamato (125
μM, 20min), tendo-se observado uma redução da viabilidade celular nas mesmas
condições experimentais. A inibição do proteossoma em neurónios do hipocampo
submetidos a condições de excitotoxicidade foi confirmada usando um repórter de
actividade do proteossoma UbG76V-GFP. Foi observada um aumento de cerca de 2.67
vezes na acumulação de UbG76V-GFP em neurónios expostos a condições de
excitotoxicidade quando comparado com o controlo. Ao contrário do estímulo
excitotóxico que reduziu a actividade do proteossoma e induziu morte celular num
período de 4 h após a lesão, a incubação dos neurónios do hipocampo com o inibidor do
proteossoma MG132 durante 5 h não teve qualquer efeito sobre a viabilidade celular. Só
foi observada morte celular em resposta a incubações prolongadas (superiores a 8 h)
com 0.05 μM e 1 μM do inibidor do proteossoma β-lactona. Estes resultados sugerem
que a inibição do proteossoma não desempenha um papel relevante na morte neuronal
em condições de excitotoxicidade.
Neste trabalho estabelecemos ainda um protocolo para OGD em culturas de
neurónios corticais. Foi observado um aumento da morte celular em cerca de 13,8%
após um período de OGD de 2 h, seguido da incubação em meio de cultura
condicionado, durante 12 h. Demonstrámos ainda a formação rápida de produtos de
clivagem da proteína do citoesqueleto α-espectrina, com 145 e 150 kDa, 30min após o
estímulo de OGD. A formação destes fragmentos sugere que as calpaínas são activadas
rapidamente após a lesão isquémica in vitro.
No conjunto, estes resultados sugerem que em condições excitotóxicas,
características da isquemia cerebral por exemplo, ocorrem alterações bioquímicas que
levam à desregulação do proteossoma e que, durante OGD há clivagem de proteínas do
citoesqueleto que sugerem uma activação rápida das calpaínas. A prevenção de todas
RESUMO
3
estas alterações bioquímicas pode ser encarada com uma potencial estratégia
neuroprotectora que valerá a pena ser explorada. Neurons are a very specialized cell type and proper synaptic transmission is involved in several important homeostatic mechanisms such as learning and memory. However, during an ischemic episode, ATP levels drop below the threshold required for normal cellular activity and ion gradients are dissipated. As a result, the neurotransmitter glutamate is massively released and accumulated in the extracellular space, and the excessive activation of glutamate receptors induces a Ca2+ overload into postsynaptic neurons which initiate cell death cascades. Under normal physiological conditions the ubiquitin-proteasome system (UPS) is responsible for the turn-over of proteins and for the degradation of damaged proteins. The UPS is the major proteolytic system in eukaryotic cells, and before degradation the substrate proteins are first tagged with four (or more) ubiquitin molecules by E3 ligases. Ubiquitinated proteins are then delivered to the 26S proteasome, a large energydependent entity consisting of a 20S catalytic core and a 19S regulatory particle, where they are degraded. The 26S proteasome was shown to be disassembled into the 20S and 19S particle in several models of brain ischemia, suggesting that is may be impaired. Given the role of excessive activation of glutamate receptors in neuronal death in brain ischemia, we investigated the effect of excitotoxicity on the proteasome activity in cultured hippocampal neurons. The chymotrypsin-like activity of the proteasome decreased by 50% when determined 4 h after excitotoxic stimulation with glutamate (125 μM glutamate; 20 min), and these results were correlated with a decrease in cell survival. Inhibition of the proteasome following excitotoxic stimulation with glutamate was confirmed by using the proteasome activity reporter UbG76-GFP, which showed an increased accumulation (2.67 fold) in hippocampal neurons exposed to glutamate when ABSTRACT 5 compared with the control. In contrast with the effect of excitotoxic stimulation which decreased proteasome activity and induced cell death within 4 h after the insult, incubation of hippocampal neurons with the proteasome inhibitor MG132 for 5 h did not affect cell viability. Proteasome inhibition with 0.05 and 1 μM β-lactone was induced hippocampal cell death only after incubation for more than 8 h. These results suggest that proteasome inhibition is not the major effector in excitotoxic neuronal death. We have also established a new OGD protocol to use in cultured cortical neurons. Exposure of cortical neurons to OGD for 2 h followed by incubation in culture conditioned medium for 12 h increased cell death by 13.8% when compared to the control. Cleavage of the cytoskeletal protein α-spectrin into its major 150 kDa and 145 kDa breakdown products was an early event after OGD, being observed at 30 min after the insult. The formation of these α-spectrin cleavage products suggests that calpains are rapidly activated under the experimental conditions used in this work. Taken together, the results suggest that excitotoxic glutamate application induces biochemical changes in the proteasome resulting in its downregulation, and OGD induces breakdown of cytoskeleton proteins prompting its disorganization. Preventing these biochemical changes can be a potential neuroprotective strategy to be exploited. |
URI: | https://hdl.handle.net/10316/22782 | Rights: | openAccess |
Appears in Collections: | UC - Dissertações de Mestrado FMUC Medicina - Teses de Mestrado |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
Tese Mestrado_ Ivan L. Salazar.pdf | 4.72 MB | Adobe PDF | View/Open |
Page view(s) 10
972
checked on Sep 24, 2024
Download(s) 20
946
checked on Sep 24, 2024
Google ScholarTM
Check
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.