The impact of elevated hydrostatic pressure in microglia : chances in the adenosinergic system and inflammatory responses

Abstract

O glaucoma é uma doença neurodegenerativa e sem cura, caracterizada pela morte das células ganglionares da retina e pela atrofia do nervo ótico. É a segunda causa de cegueira irreversível em todo o mundo, estimando-se que a sua prevalência aumente para o dobro até 2040. O aumento da pressão intraocular (PIO) é considerado o principal fator de risco para o desenvolvimento de glaucoma e, os atuais tratamentos focam-se no controlo da PIO. Contudo, alguns doentes continuam a perder a visão mesmo com a PIO dentro de valores considerados normais. Assim, torna-se extremamente necessário desenvolver novas estratégias terapêuticas sendo a proteção das células ganglionares da retina uma estratégia com potencial. A neuroinflamação tem um papel crucial no desenvolvimento de glaucoma, e tem sido dada especial atenção ao aumento da reatividade das células da microglia observada em modelos animais e pacientes com glaucoma. A adenosina é um neuromodulador do sistema nervoso central (SNC), envolvida em respostas inflammatórias, que atua através da activação de recetores acoplados a proteínas G: A1, A2A, A2B and A3. Sabe-se atualmente que o bloqueio do recetor A2A de adenosina confere neuroproteção em várias doenças neurodenegerativas através do controlo da neuroinflamação, e diversos estudos focam-se no uso de antagonistas do recetor A2A como potencial estratégia neuroprotetora. Neste estudo pretendemos avaliar o efeito do aumento da pressão hidrostática, estímulo usado para mimitezar a hipertensão ocular, no sistema adenosinérgico das células da microglia. Adicionalmente, pretendemos compreender se o bloqueio do recetor A2A previne a resposta inflamatória resultante do aumento da pressão hidrostática. Foram para isso utilizados dois modelos in vitro: as células BV-2 (linha celular de microglia), nas quais o bloqueio do recetor A2A foi efetuado farmacologicamente usando um antagonista seletivo (SCH 58261), e culturas organotípicas de retina de ratinhos knock-out (KO) para o recetor A2A. A exposição das células BV-2 a pressão hidrostática elevada levou à alteração do sistema adenosinérgico, promovendo um aumento dos níveis de adenosina. Este aumento dos níveis de adenosina pode ativar os recetores A2A, cuja expressão aumentou em condições de pressão hidrostática elevada. Adicionalmente, o aumento da pressão hidrostática diminuiu a expressão do recetor A1 e não intereferiu com a expressão do recetor A3. O viii CRoesnutemnots bloqueio do recetor A2A preveniu a expressão e libertação de iNOS e TNF, respetivamente, nas células da microglia. Nas culturas organotípicas de retina, a exposição a pressão elevada aumentou os níveis de IL-1β e TNF e a morte das células ganglionares. A inativação genética do recetor A2A não preveniu o aumento da libertação de TNF. Em síntese, os nossos resultados mostraram que a pressão elevada conduz a alterações no sistema adenosinérgico nas células da microglia e que o bloqueio do recetor A2A pode ser uma estratégia promissora na modulação da reatividade da microglia após a exposição a pressão elevada.

Glaucoma is the second leading cause of irreversible blindness worldwide and it is expected that the prevalence of this disease increases to the double until 2040. It is a neurodegenerative disease, characterized by the progressive loss of retinal ganglion cells (RGCs) and nerve optic atrophy (RGC axons), leading to vision loss. Intraocular pressure (IOP) is the one of the major risk factors for the development of glaucoma and the current therapeutic approaches are focused on lowering IOP. However, some patients continue to loose vision despite the effective control of IOP, highlighting the urgent need to develop new therapeutic strategies, and neuroprotection of RGCs is consider to have great potential. Neuroinflammation has a preponderant role in the pathogenesis of glaucoma. In particular, special attention has been given to the exacerbated microglial cell response in glaucoma experimental models and in human patients. Adenosine is a neuromodulator in CNS involved in inflammatory responses that acts by the activation of four G protein-coupled receptors, A1, A2A, A2B and A3. The blockade of A2AR has been shown to afford robust neuroprotection in several neurodegenerative diseases, probably by the control of neuroinflammation. Therefore, several studies have been focused in A2AR antagonists as a neuroprotective strategy. In this study, we aimed to investigate the potential alterations induced by elevated hydrostatic pressure (EHP), a stimulus use to mimic increased IOP, in the adenosinergic system in microglial cells. Moreover, we aimed to assess whether the blockade of A2AR could prevent the pro-inflammatory environment prompted by EHP. In order to accomplish our aims, two in vitro models were used: the BV-2 cells (microglial cell line), using the selective antagonist SCH 58261 and retinal organotypic cultures obtained from wild-type and knock-out (KO) mice for A2AR. The exposure of BV-2 cells to EHP showed an impairment of the adenosinergic system promoting increased levels of extracellular adenosine. The increase in adenosine might activate A2AR, which we found to be upregulated in BV-2 cells exposed to EHP. We also found that EHP decreased the protein levels of A1R, without interfering with A3R protein levels. The blockade of A2AR prevented some inflammatory features (iNOS and TNF levels), in microglia. In organotypic cultures, the exposure to EHP increase both IL-1β and TNF levels and RGCs loss. Nevertheless, the genetic blockade of A2AR did not prevent the increased of viii CAobnsttreanctts TNF levels. In summary, our results demonstrated that EHP impacts the adenosinergic system in microglia and the blockade of A2AR may be promising strategy to modulate microglia reactivity triggered by increased pressure