Tesis presentada a la Universidad de Chile para optar al Grado de Doctor en Bioquímica / Los astrocitos colaboran con las neuronas en el normal desarrollo de sus actividades metabólicas, y más aún son capaces de participar activamente en su protección frente a estímulos potencialmente dañinos. Se ha demostrado, que la enzima glutatión-S-transferasa M2-2 (GSTM2-2) de astrocitos es capaz de conjugar glutatión con aminocromo, un producto de oxidación de la dopamina, y por ello es que se propone como hipótesis que la enzima Glutation-S-transferasa M2-2 producida por astrocitos les confiere protección, y protege neuronas tipo dopaminérgicas de los efectos tóxicos de aminocromo. Para validar esta hipótesis es que en primera instancia se determinó la capacidad de los astrocitos humanos U373MG (glioblastoma) de captar aminocromo mediante utilización de aminocromo tritiado, observándose una incorporación máxima a los 40 minutos, la que es parcialmente inhibida por tratamientos con exceso de dopamina, imipramina y nomifensina. Mediante western blot se determinó que la presencia del aminocromo en los cultivos celulares provoca un aumento en la cantidad proteína, además de detectarse aumento en la actividad enzimática, ambos cambios de manera dependiente de la concentración, en donde 100 μM de aminocromo aumenta 2,1 veces la cantidad de la enzima en 3 horas. Se detectó mediante western blot la presencia de la proteína GSTM2-2 en los medios condicionados de células U373MG, aumentando 2,7 veces al exponer las células a aminocromo 50 μM por 3 horas en relación al control sin aminocromo. La línea celular de neuroblastoma SH-SY5Y es susceptible a toxicidad inducida por aminocromo, determinada por citometría de flujo, por lo que se probaron los medios condicionados de las células U373MG que contenían la enzima GSTM2-2 sobre cultivos de SH-SY5Y, evidenciándose la capacidad de proteger a células SH-SY5Y de la muerte inducida por exposición a 10 μM de aminocromo, y dicha protección frente a la muerte celular es dependiente de la internalización de la proteína GSTM2-2 por parte de las células SH-SY5Y, tal como se demostró (i) por captación de 14C-GSTM2-2 liberado por células U373MG, proceso inhibido por un antisuero contra GSTM2-2, (ii) muerte celular de SH-SY5Y tratadas con aminocromo, en presencia de medios condicionados de U373MG tratados con antisuero contra GSTM2-2, (iii) muerte celular de SH-SY5Y tratadas con aminocromo, en presencia de medios condicionados de células U373MGsiGST6, que expresan un siRNA contra GSTM2-2. En conclusión, nuestros resultados demuestran que las células U373MG protegen las células SH-SY5Y contra la toxicidad inducida por aminocromo, por un mecanismo que involucraría la liberación de GSTM2-2 al medio condicionado y la subsecuente internalización de esta enzima por parte de las células SH-SY5Y. Estos resultados sugieren un nuevo mecanismo de protección de neuronas dopaminérgicas mediado por astrocitos / Astrocytes collaborate with neurons in the normal development of their metabolic activities, and to a greater extent, they are able to actively participate in their protection from potentially harmful stimuli. It has been shown that the enzyme glutathione S-transferase M2-2 (GSTM2-2) from astrocytes is able to conjugate glutathione to aminochrome, an oxidation product of dopamine. Therefore the hypothesis proposed is that the enzyme glutathione S-transferase M2-2 produced by astrocytes protect them, and also protects dopaminergic neurons from the toxic effects of aminochrome. To validate this hypothesis, we assessed the ability of human astrocytes U373MG (glioblastoma) to capture aminochrome by using tritiated aminochrome, reaching an incorporation peak at 40 minutes, which is partially inhibited by treatment with excess dopamine, imipramine and nomifensine. Using western blot, we determined that the presence of aminochrome in cell cultures causes an increase in the protein amount, besides the increasing enzymatic activity, both changes depending on the aminochrome concentration, with 100 μM aminochrome increasing 2.1 times the amount of the enzyme in 3 hours. The presence of protein GSTM2-2 was detected by western blot in conditioned media from U373MG cells, increasing 2.7 times after the exposure to 50 uM aminochrome for 3 hours compared to the control without aminochrome. The neuroblastoma cell line SH-SY5Y is susceptible to aminochrome-induced toxicity, determined by flow cytometry, then U373MG cells conditioned media containing the enzyme GSTM2-2 cultures were tested on SH-SY5Y, demonstrating the ability to protect SH-SY5Y against aminochrome-induced cells death, and that protection against cell death is dependent on internalization of the GSTM2-2 protein by SH-SY5Y cells. This internalization was demonstrated by (i) uptake of 14C-GSTM2-2 released by U373MG cells, process inhibited by an antiserum against GSTM2-2, (ii) cell death of SH-SY5Y treated with aminochrome, in the presence of conditioned media from U373MG treated with antiserum against GSTM2-2, (iii) cell death of SH-SY5Y treated with aminochrome, in the presence of conditioned media of U373MGsiGST6 cells expressing siRNA against GSTM2-2. In conclusion, our results demonstrate that U373MG cells protect SH-SY5Y cells against aminochrome-induced toxicity, by a mechanism which would involve the release of GSTM2-2 to the conditioned medium and subsequent internalization of this enzyme by SH-SY5Y cells. These results suggest a novel mechanism of protection of dopaminergic neurons mediated by astrocytes / Conicyt; Fondecyt

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Estudos farmacológicos têm focado no uso de metabolitos secundários de plantas e, entre estes, os flavonoides têm mostrado atividade biológica com efeitos neuroprotetores, antiinflamatórios e antioxidantes. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi estudar os efeitos neuroprotetores e imunomodulatórios de flavonoides bioativos usando modelos in vitro de DP. Foram usados diferentes modelos de culturas neuronais, avaliadas pelo testes de MTT e análises morfológicas para avaliar os efeitos citotóxicos ou neuroprotetores da rutina e quercetina. Em seguida, foram usados diferentes modelos de cultura primária de células gliais e neuronais e testes de MTT, exclusão ao azul de tripan, Fluoro-Jade B, Western Blot ou imunocitoquímica para β-III-Tubulina, Western Blot para tirosina hidroxilase ou para GFAP para investigar o efeito citotóxico induzido por aminocromo e/ou o efeito neuroprotetor induzido por rutina. Também investigamos a resposta imunoinflamatória ou imunomodulatória dosando citocinas (IL6, IL10, TNF-alpha) usando o método de ELISA. Nossos resultados demonstraram que rutina e quercetina (10-50μM) não induziram decréscimo no metabolismo mitocondrial em linhagens celulares SHSY-5Y ou co-cultura primária de neurônios/células gliais, contudo estes aumentaram o metabolismo mitocondrial nas concentrações de 50 e 100 μM em células da linhagem PC12. Além disso, rutina (10μM) induziu alterações morfológicas em células PC12. Também foi visto que aminocromo (250- 500μM) induziu uma redução na viabilidade celular em co-cultura de mesencéfalo e em cultura de microglia, cultura de células gliais e cultura de neurônios corticais. Ainda, a exposição ao aminocromo reduziu a expressão de β-III-tubulina, tirosina hidroxilase e GFAP em co-culturas de mesencéfalo e cultura de células gliais. Nossos resultados demonstram que a rutina protege células neurais frente a dano induzido por aminocromo, aumenta a expressão de β-III-tubulina e protege a rede de neuritos. Além do mais, aminocromo induziu redução de níveis de citocinas IL-6, IL-10 e TNF-alfa que foram reguladas a níveis basais quando a cocultura de mesencéfalo foi tratada com rutina. Concluímos então que a rutina protege células PC12 contra danos celulares induzidos por MPTP, co-culturas de mesencéfalo e células gliais contra danos induzidos por aminocromo. Podemos sugerir que a redução no nível de citocinas é conseqüência da perda de células gliais induzidas por aminocromo e que o retorno a níveis basais podem ser resultado de glioproteção e neuroproteção induzida pela rutina. / Parkinson's disease (PD) is characterized by the loss of dopaminergic neurons in the midbrain. The molecular mechanism responsible for degenerative process in the nigrostriatal dopaminergic system in PD remains unknown. Currently, there is a general agreement that mitochondrial dysfunction, α-synuclein aggregation, oxidative stress, neuroinflammation and impaired protein degradation are involved. Pharmacological studies have been focusing in using plant secondary metabolites and, among these, flavonoids have shown biological activity such neuroprotective, anti-inflammatory and antioxidant. In this sense, the objective of this work was to study the neuroprotective and immunomodulatory effects of a bioactive flavonoid using in vitro models of PD. We used different models of neuronal culture and MTT test and morphological analysis to make a screening of cytotoxic and/or neuroprotection by rutin and quercetin. After we used different models of primary culture of neuronal and glial cells and MTT test, Tripan Blue, Fluoro-Jade B, western blot or immunocytochemistry of β-III-Tubulin, tyrosine hydroxylase or GFAP in order to investigate the cytotoxic effect induced by aminochrome and/or neuroprotection induced by rutin. We also investigated immunoinflamatory response or immunomodulation by measuring cytokines (IL6, IL10, TNF-alpha) using ELISA. Our results demonstrated that rutin and quercetin (10-50μM) did not induce decrease in mitochondrial metabolism on SHSY-5Y cells line, or primary coculture of neuron/glial cells, however it increased the mitochondrial metabolism at concentrations 50 and 100μM on PC12 cells line. Moreover rutin (10μM) induce alterations on PC12 cells morphology. We also saw that aminocrhome (250-500μM) induced a decrease on cell viability at midbrain co-culture and microglia culture, glial cells culture, cortical neurons culture. In addition, the exposure to aminocrhome decreased expression of β-IIItubulin, tyrosine hydroxylase and GFAP on midbrain co-cultures and glial cells culture. Our results demonstrate that rutin protects neural cells from damage induced by aminocrhome, increases β-III-tubulin expression and protects neurite network. Furthermore, aminocrhome induced reduction of cytokines IL-6, IL-10 and TNF-alpha levels that were regulated to basal levels when the midbrain co-culture was treated with rutin. We concluded that rutin protects against PC12 cells cell against death induced by MPTP and neuronal and glial cells against death induced by aminocrhome. We can suggest that the reduction in cytokine levels are consequence of the loss of glial cells induced by aminocrhome and that the return to baseline levels may result from glioprotection and neuroprotection induced by rutin.

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