Publicação
Anti-inflammatory effect of carbon monoxide on the neuron-microglia bidirectional communication
| Resumo: | RESUMO: Doenças neurológicas refere-se a qualquer tipo de patologia que afecta o cérebro, espinal medula e sistema nervoso periférico. Entre outras, podemos identificar doenças como o acidente vascular cerebral (AVC), epilepsia, doenças psiquiátricas, demência, infecções neurológicas e tumores. A Organização Mundial da Saúde (OMS) estima que, em 2030, quase 8 mil milhões de pessoas irão morrer devido a este tipo de doenças. A fisiopatologia e progressão dos distúrbios do Sistema Nervoso Central (SNC) são, na maior parte das vezes, multifatoriais e mal compreendidos, tornando um tratamento eficiente particularmente complicado. Porém, existem vários mecanismos característicos de disfunção e dano. Neuroinflamação descontrolada é uma das causas principais de propagação de dano e desequilíbrios homeostáticos. Desregulação de neurogénese adulta e morte de populações neuronais especificas são outra característica patológica. Descobertas recentes têm ajudado a esclarecer mecanismos moleculares de doença, mas muitas questões permanecem sem resposta. Desta forma, existe um esforço contínuo para melhor entender estas patologias e encontrar novas alternativas terapêuticas. O monóxido de carbono (CO) é uma molécula gasosa endógena, que é protetora em vários tecidos, incluindo no SNC. O principal objectivo desta tese de Doutoramento foi entender de melhor forma os mecanismos de neuroprotecção do CO. O efeito modulatório do CO foi estudado em dois processos biológicos diferentes: neurogénese e neuroinflamação. Para isto, vários modelos experimentais foram implementados. O Capítulo I introduz conceitos teóricos relativos ao cérebro, ao neurónio e às células da glia. É também feita uma descrição do estado-da-arte relativo às vias moleculares de diferenciação, função da microglia na imunidade e homeostasia, comunicação microglia neurónio, fagocitose e morte celular. Existe um foco nas propriedades biológicas do CO. No Capítulo II, é reportado que o CO reforça a produção de neurónios num modelo de diferenciação neuronal usando a linha celular de neuroblastoma SH-SY5Y. O efeito estimulatório do CO na diferenciação neuronal havia sido relacionado com modulação de morte celular e melhoramento do metabolismo mitocondrial em outros modelos. Aqui, o CO melhorou a neurogénese na linha celular SH-SY5Y, ao actuar sobre o enzima Glucose-6-fosfato desidrogenase (G6PD) e aumentar o fluxo da via das pentoses fosfato. O efeito aqui reportado foi independente da síntese de novo de glutatião. Knockdown da expressão do enzima limitante da via, G6PD, bloqueou a estimulação da diferenciação neuronal induzido pelo CO. Sumariamente, o CO promove uma reprogramação metabólica que tem um papel importante no destino da célula e em mecanismos de diferenciação neuronal O Capítulo III foca-se no CO como mediador da comunicação remota neurónio-microglia. Utilizando um protocolo de meio condicionado, o CO protegeu os neurónios incubados com meio pro-inflamatório de microglia. O CO inibiu a elevada secreção de TNF-α e NO em microglia reactiva. Além disso, o envolvimento do CO na comunicação neurónio-microglia foi também avaliado na ausência de um estímulo inflamatório. O meio condicionado de microglia tratada com CO protegeu parcialmente os neurónios contra morte celular induzida via stress oxidativo. Adicionalmente, o sobrenadante de microglia tratada com CO promoveu um aumento na complexidade morfológica neuronal. Este efeito neurotrófico gerado pela microglia tratada com CO parece ser dependente de um aumento na secreção microglial de IL-10. Este capítulo indica que o CO tem um papel anti-inflamatório celular não-autónomo, promovendo neuroprotecção através da regulação da função microglial e comunicação unidirecional com os neurónios. Aqui, foi demonstrado pela primeira vez que o CO estimula a função neurotrófica da microglia. Um sistema de cultura de células em microfluídicas é usado no Capítulo IV para explorar o interactoma directo neurónio-microglia no contexto neuroinflamatório, focando também na regulação da fagocitose. Administração de CO inibiu a secreção de mediadores inflamatórios por parte da microglia e limitou apoptose neuronal e atrofia morfológica. Sob condições inflamatórias, a remoção de conteúdo sináptico por parte da microglia decresceu. Porém, o CO reverteu este efeito, indicando que esta molécula melhora a fagocitose de sinapses sob condições de stress. Em conjunto com a poda sináptica, o CO também regulou a fagocitose microglial de neurónios durante a inflamação. Na verdade, o CO teve um efeito de controlo de qualidade na fagocitose de neurónios: bloqueou a remoção disfuncional de células viáveis, mas promoveu a fagocitose de resíduos neuronais e material apoptótico. Este mecanismo aparentemente homeostático, promovido pelo CO, não havia sido descrito e experiências estão a decorrer de modo a entender as vias moleculares que o regulam. Por último, a discussão final é apresentada no Capítulo V, integrando a informação de todos os capítulos. Aqui, a inovação e impacto geral dos resultados são contextualizados tendo em conta a literatura existente. Melhorias experimentais e próximos passos são discutidos. Em suma, esta tese de Doutoramento oferece uma forte contribuição para o entendido de mecanismos chave no funcionamento do sistema nervoso. Adicionalmente, contribui para a melhor compreensão do CO como molécula citoprotectora e homeostática no SNC. |
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| Autores principais: | Soares, Nuno Ricardo Lucas |
| Assunto: | Neurological disorders Neurogenesis Mechanisms of disease Neuroinflammation CORMs |
| Ano: | 2021 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade Nova de Lisboa |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | Repositório Institucional da UNL |
| Resumo: | RESUMO: Doenças neurológicas refere-se a qualquer tipo de patologia que afecta o cérebro, espinal medula e sistema nervoso periférico. Entre outras, podemos identificar doenças como o acidente vascular cerebral (AVC), epilepsia, doenças psiquiátricas, demência, infecções neurológicas e tumores. A Organização Mundial da Saúde (OMS) estima que, em 2030, quase 8 mil milhões de pessoas irão morrer devido a este tipo de doenças. A fisiopatologia e progressão dos distúrbios do Sistema Nervoso Central (SNC) são, na maior parte das vezes, multifatoriais e mal compreendidos, tornando um tratamento eficiente particularmente complicado. Porém, existem vários mecanismos característicos de disfunção e dano. Neuroinflamação descontrolada é uma das causas principais de propagação de dano e desequilíbrios homeostáticos. Desregulação de neurogénese adulta e morte de populações neuronais especificas são outra característica patológica. Descobertas recentes têm ajudado a esclarecer mecanismos moleculares de doença, mas muitas questões permanecem sem resposta. Desta forma, existe um esforço contínuo para melhor entender estas patologias e encontrar novas alternativas terapêuticas. O monóxido de carbono (CO) é uma molécula gasosa endógena, que é protetora em vários tecidos, incluindo no SNC. O principal objectivo desta tese de Doutoramento foi entender de melhor forma os mecanismos de neuroprotecção do CO. O efeito modulatório do CO foi estudado em dois processos biológicos diferentes: neurogénese e neuroinflamação. Para isto, vários modelos experimentais foram implementados. O Capítulo I introduz conceitos teóricos relativos ao cérebro, ao neurónio e às células da glia. É também feita uma descrição do estado-da-arte relativo às vias moleculares de diferenciação, função da microglia na imunidade e homeostasia, comunicação microglia neurónio, fagocitose e morte celular. Existe um foco nas propriedades biológicas do CO. No Capítulo II, é reportado que o CO reforça a produção de neurónios num modelo de diferenciação neuronal usando a linha celular de neuroblastoma SH-SY5Y. O efeito estimulatório do CO na diferenciação neuronal havia sido relacionado com modulação de morte celular e melhoramento do metabolismo mitocondrial em outros modelos. Aqui, o CO melhorou a neurogénese na linha celular SH-SY5Y, ao actuar sobre o enzima Glucose-6-fosfato desidrogenase (G6PD) e aumentar o fluxo da via das pentoses fosfato. O efeito aqui reportado foi independente da síntese de novo de glutatião. Knockdown da expressão do enzima limitante da via, G6PD, bloqueou a estimulação da diferenciação neuronal induzido pelo CO. Sumariamente, o CO promove uma reprogramação metabólica que tem um papel importante no destino da célula e em mecanismos de diferenciação neuronal O Capítulo III foca-se no CO como mediador da comunicação remota neurónio-microglia. Utilizando um protocolo de meio condicionado, o CO protegeu os neurónios incubados com meio pro-inflamatório de microglia. O CO inibiu a elevada secreção de TNF-α e NO em microglia reactiva. Além disso, o envolvimento do CO na comunicação neurónio-microglia foi também avaliado na ausência de um estímulo inflamatório. O meio condicionado de microglia tratada com CO protegeu parcialmente os neurónios contra morte celular induzida via stress oxidativo. Adicionalmente, o sobrenadante de microglia tratada com CO promoveu um aumento na complexidade morfológica neuronal. Este efeito neurotrófico gerado pela microglia tratada com CO parece ser dependente de um aumento na secreção microglial de IL-10. Este capítulo indica que o CO tem um papel anti-inflamatório celular não-autónomo, promovendo neuroprotecção através da regulação da função microglial e comunicação unidirecional com os neurónios. Aqui, foi demonstrado pela primeira vez que o CO estimula a função neurotrófica da microglia. Um sistema de cultura de células em microfluídicas é usado no Capítulo IV para explorar o interactoma directo neurónio-microglia no contexto neuroinflamatório, focando também na regulação da fagocitose. Administração de CO inibiu a secreção de mediadores inflamatórios por parte da microglia e limitou apoptose neuronal e atrofia morfológica. Sob condições inflamatórias, a remoção de conteúdo sináptico por parte da microglia decresceu. Porém, o CO reverteu este efeito, indicando que esta molécula melhora a fagocitose de sinapses sob condições de stress. Em conjunto com a poda sináptica, o CO também regulou a fagocitose microglial de neurónios durante a inflamação. Na verdade, o CO teve um efeito de controlo de qualidade na fagocitose de neurónios: bloqueou a remoção disfuncional de células viáveis, mas promoveu a fagocitose de resíduos neuronais e material apoptótico. Este mecanismo aparentemente homeostático, promovido pelo CO, não havia sido descrito e experiências estão a decorrer de modo a entender as vias moleculares que o regulam. Por último, a discussão final é apresentada no Capítulo V, integrando a informação de todos os capítulos. Aqui, a inovação e impacto geral dos resultados são contextualizados tendo em conta a literatura existente. Melhorias experimentais e próximos passos são discutidos. Em suma, esta tese de Doutoramento oferece uma forte contribuição para o entendido de mecanismos chave no funcionamento do sistema nervoso. Adicionalmente, contribui para a melhor compreensão do CO como molécula citoprotectora e homeostática no SNC. |
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