Avaliação da influência do tratamento com bezafibrato sobre os efeitos do ácido 3-metilglutárico na homeostase redox e energética em cérebro e fígado de ratos jovens

Abstract

O acúmulo tecidual do ácido 3-metilglutárico (MGA) é um achado bioquímico característico de um grupo de doenças conhecidas como acidúria 3- metilglutacônica (MGTA), bem como da acidúria 3-hidróxi-3-metilglutárica (HMGA). Tanto as MGTA quanto a HMGA são doenças genéticas de herança autossômica recessiva cujos sintomas podem aparecer na infância ou na adolescência. Os pacientes geralmente apresentam anormalidades no cérebro, fígado e coração. Considerando que os mecanismos responsáveis pelo dano tecidual encontrado nessas doenças não estão totalmente estabelecidos, esta tese avaliou os efeitos da administração de MGA sobre o metabolismo energético, estresse oxidativo, biogênese mitocondrial e vias metabólicas relacionadas em córtex cerebral e fígado de ratos. Além disso, investigamos os efeitos do bezafibrato (BEZ), uma molécula potencialmente protetora, frente aos efeitos de MGA visto que o tratamento para as MGTA e a HMGA é bastante limitado. Para isso, ratos Wistar jovens receberam um pré-tratamento por gavagem com óleo de milho ou BEZ (30 ou 100mg/kg/dia) por sete dias, uma vez ao dia. No 30° dia de vida, os animais receberam, após 1 h da gavagem com óleo (veículo) ou BEZ, três injeções intraperitoneais de MGA ou NaCl (primeira injeção de 10μmol.g-1 seguida de duas de 5μmol.g-1) com intervalo de 90 minutos entre as injeções. Após eutanásia dos ratos, o córtex cerebral e o fígado foram usados para avaliar os parâmetros. O MGA aumentou os níveis de malondialdeído e o conteúdo de heme oxigenase-1 e ainda modulou a atividade de algumas enzimas antioxidantes, indicando um quadro de estresse oxidativo. O MGA também diminuiu o conteúdo de glutationa no fígado. Foi visto ainda que o MGA alterou a atividade das enzimas da cadeia transportadora de elétrons em ambos os tecidos, sugerindo alterações na bioenergética. O MGA diminuiu o conteúdo nuclear do PGC-1α, principal regulador da biogênese mitocondrial, no cérebro e mostrou forte tendência em causar a mesma alteração no fígado. Além disso, o MGA diminuiu o conteúdo de sirtuína 1 nos dois tecidos, sendo esta uma proteína chave para ativação de PGC-1α. O MGA ainda diminuiu o conteúdo de Akt nos tecidos, indicando que alterações nesta via também podem estar prejudicando a ativação de PGC-1α. No que concerne especificamente ao córtex cerebral, o MGA também diminuiu o conteúdo de sinaptofisina e aumentou a fosforilação da Tau. Este ácido ainda aumentou a fosforilação da ERK1/2 e p38, e aumentou o conteúdo de AMPKα1, sendo este último também aumentado no fígado. No que diz respeito ao fígado, o MGA reduziu o conteúdo de PPARα nuclear em relação ao citosólico, e também alterou o conteúdo de mitofusina 1 e proteína relacionada à dinamina 1, indicando um prejuízo à dinâmica mitocondrial. Nossos dados sugerem uma toxicidade relevante do MGA neste modelo, causando disfunção mitocondrial, estresse oxidativo e danos aos tecidos estudados. Além disso, nossos resultados mostraram que o BEZ exerceu efeitos benéficos na prevenção dos efeitos do MGA tanto no córtex cerebral quanto em fígado. Contudo, foi observado que o BEZ exerceu maior ação protetora no cérebro. Portanto, nossos dados sugerem que o MGA tem um papel importante na fisiopatologia dos danos cerebral e hepático verificados nos pacientes com MGTA e HMGA e que o BEZ pode ser considerado um fármaco promissor para o tratamento dessas patologias.

Tissue accumulation of 3-methylglutaric acid (MGA) is an important biochemical finding observed in a group of disorders collectively called 3-methylglutaconic acidurias (MGTA), and also in 3-hydroxy-3-methylglutaric aciduria (HMGA). All types of MGTA and HMGA are autosomal recessive inherited diseases. Symptoms usually appear during childhood or adolescence, and affect especially the central nervous system, liver and heart. Since the mechanisms underlying the organ abnormalities commonly observed in patients affected by MGTA and HMGA are not fully elucidated, we investigated here the effects of MGA administration on redox homeostasis, mitochondrial bioenergetics, biogenesis and dynamics, and signaling pathways in brain and liver of young rats. As treatment for these disorders is limited, the effects of a pre-treament with bezafibrate (BEZ), a potential protective molecule, were also determined. In our model, young Wistar rats received three intraperitoneal injections of NaCl (control) or MGA (one injection of 10 μmol/g followed by two injections of 5 μmol/g with a 90-min interval) and were euthanized 1 h after the last injection. Pre-treatment with BEZ (30 or 100 mg/kg/day) was performed by gavage for 7 days before NaCl or MGA injection. After euthanasia of animals, liver and brain homogenates were prepared to evaluate the parameters. MGA administration induced marked toxicity in both tissues evaluated. We verified that MGA increased the levels of malondialdehyde and heme oxgenase-1, and altered the activity of several antioxidant enzymes, indicative of oxidative stress. MGA also decreased GSH levels in liver. Furthermore, MGA altered the activities of respiratory chain complexes in brain and liver, suggesting bioenergetic dysfunction. MGA also decreased the content of nuclear PGC-1α in brain, and showed a strong tendency to decrease this protein in liver. MGA further reduced the content of situin 1 in both tissues. Considering that situin 1 is an activator of PGC-1α, the master regulator of mitochondrial biogenesis, our data indicate mitochondrial biogenesis disruption. In addition, MGA decreased the content of Akt, which may be also involved in the mitochondrial biogenesis disturbances. Regarding only the brain, MGA resulted in decreased content of synaptophysin and increased Tau protein phosphorylation. MGA also increased the phosphorylation of ERK1/2, p38, and the content of AMPKα1 in the brain. In liver, MGA decreased the nuclear content of PPARγ compared to the cytosolic compartment, augmented AMPKα1 levels and altered the levels of mitofusin 1 and dynamin-related protein 1, reinforcing the data showing that MGA disturbs in mitochondrial biogenesis and also indicating mitochondrial dynamics alterations. We also verified that bezafibrate was able to prevent most deleterious effects caused by MGA. Of note, these protective effects elicited by bezafibrate were more pronounced in the cerebral cortex than in liver. These findings indicate that MGA plays an important role in the neurological symptoms and hepatic dysnfunction observed in MGTA and HMGA by inducing oxidative stress and causing mitochondrial dysfunction. Finally, our study suggests that bezafibrate may be a novel therapeutic strategy for these disorders.