The effect of methamphetamine on the crosstalk between endothelial cells and astrocytes

Abstract

A metanfetamina (MET) é uma droga de abuso psicoestimulante que causa alterações severas no sistema nervoso central. De forma a explicar a neurotoxicidade induzida pela MET vários mecanismos celulares e moleculares têm vindo a ser propostos, sendo que a maioria deles estão associados ao stresse oxidativo, disfunção mitocondrial, excitotoxicidade e neuroinflamação. Recentemente, alguns estudos têm sugerido que o dano associado ao consumo de MET pode resultar da sua capacidade em comprometer a função da barreira hemato-encefálica (BHE). Devido ao papel crucial desta barreira na manutenção da homeostasia cerebral e na protecção contra moléculas tóxicas, é importante compreender o mecanismo subjacente à disfunção da BHE induzida pela MET. Neste estudo, investigámos o efeito da MET nas células endoteliais (CEs) e nos astrócitos, tal como no crosstalk entre estes dois tipos de células. Os nossos resultados demonstraram que a MET não induz alterações na viabilidade celular das CEs quando expostas durante 24 h a concentrações baixas da droga, assim como também não se verifica morte celular por apoptose. Mais ainda, de forma a tentar esclarecer se a MET poderia afectar a expressão de proteínas das junções oclusivas, avaliámos os níveis das seguintes proteínas: claudina-5, ocludina e zonula occludens (ZO) -1 e -2. Os níveis de caveolina (cav) -1 foram também analisados. Verificámos que a MET induz uma diminuição significativa dos níveis proteicos da claudina-5, ocludina e ZO-1. Relativamente ao efeito da MET nos astrócitos, verificámos que estas células são mais susceptíveis à MET já que observámos morte por apoptose a concentrações mais baixas (500 μM MET) comparativamente aos resultados obtidos com as CEs. Numa tentativa de também esclarecer como a MET poderia afectar o crosstalk entre as CEs e os astrócitos, avaliámos o efeito da exposição das CEs a meio-condicionado de astrócitos (MCA) durante 24 h. Curiosamente observou-se que o MCA induz alterações na viabilidade das CEs. Deste modo, por si só o MCA induz um aumento na viabilidade das CEs, contrariamente ao observado com o MCA de astrócitos tratados com MET em que se verificou uma diminuição da viabilidade das CEs. Também demonstrámos uma diminuição da expressão da claudina-5 e cav-1 após a exposição a MCA sugerindo que os astrócitos libertam determinados factores para o meio após exposição a MET, que induzem alterações significativas nas CEs.No geral, o presente trabalho demonstra que a MET diminui a viabilidade das CEs e dos astrócitos, embora seja mais tóxica para os astrócitos. Verificámos também que esta droga de abuso afecta a expressão de diversas proteínas das CEs, tal como o crosstalk entre as CEs e os astrócitos.

Methamphetamine (METH) is a powerful psychostimulant drug of abuse that causes severe alterations in the central nervous system (CNS). Several cellular and molecular mechanisms have been proposed in order to explain the METH-induced neurotoxicity, being most of them associated with oxidative stress, mitochondrial dysfunction, excitotoxicity and neuroinflammation. Recently, some studies have suggested that the damage associated with METH might result from its ability to compromise the blood-brain barrier (BBB) function. Duo to the crucial role of the BBB in the maintenance of brain homeostasis and protection against toxic molecules, it is important to understand the mechanisms underlying METH-induced BBB dysfunction. In this study, we investigated the effect of METH on the endothelial cells (ECs) and astrocytes, as well as on the crosstalk between these two cell types. Our results demonstrate that METH does not induce alterations in ECs cell viability and apoptosis when exposed for 24 h to low concentrations of the drug. Moreover, in an attempt to clarify if METH could affect the expression of the tight junction (TJ) proteins, we evaluated the possible changes of claudin-5, occludin, zonula occludens (ZO)-1 and -2 protein levels, as well as caveolin (cav)-1 expression. We verified that METH induces a significant decrease of claudin-5, occludin and ZO-1 protein levels. Regarding astrocytes, we concluded that they are more susceptible to METH since it was possible to observe cell death by apoptosis with lower concentrations (500 μM METH). Moreover, in attempt to clarify how METH could affect the crosstalk between the ECs and astrocytes, the effect of astrocytes-conditioned medium (ACM) on ECs was evaluated after 24 h of ACM exposure. Interestingly we observed that ACM induces alterations on the viability of the ECs. In fact, ACM per se induces an increase in the ECs viability, whereas the ACM obtained from astrocytes treated with METH induces a decrease in ECs viability. Also, we observed a decrease in the expression of claudin-5 and cav-1 after ACM exposure, suggesting that astrocytes can release factors after METH exposure that can induce significant alterations on the ECs. Overall, the present work demonstrates that METH decreases ECs and astrocytes viability, being, however, more toxic to astrocytes. Also, this drug of abuse induces alterations on important proteins of the ECs, and can also affect the crosstalk between the ECs and astrocytes.