Efeito neuroprotetor da coenzima Q10 sobre a toxicidade do ácido quinolínico em estriado de roedores

Abstract

O ácido quinolínico (QUIN), metabólito produzido na degradação do triptofano, é um agonista de receptores NMDA que se encontra em níveis elevados no cérebro em diferentes condições patológicas. O aumento na sua concentração está relacionado a efeitos tóxicos, como por exemplo, na indução da produção de espécies reativas de oxigênio/nitrogênio, disfunções mitocondriais, ativação de mecanismos inflamatórios e de morte celular. Estudos in vivo mostram aumento dos níveis deste metabólito em doenças neurodegenerativas e psiquiátricas. Sendo assim, faz-se necessário investigar estratégias de neuroproteção capazes de neutralizar os efeitos deletérios de QUIN no cérebro. A Coenzima Q10 (CoQ10) é uma pró-vitamina lipossolúvel, presente majoritariamente na membrana interna mitocondrial que possui importante ação antioxidante e anti-inflamatória. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o possível efeito neuroprotetor da CoQ10 frente à toxicidade causada pelo QUIN em estriado de roedores, utilizando protocolos experimentais de estudos ex vivo e in vivo. Foram analisados parâmetros comportamentais, bioquímicos (equilíbrio redox, metabolismo energético, atividade enzimática e marcadores inflamatórios) e morfológicos em estriado de ratos Wistar jovens. A parte I do presente trabalho foi realizada ex vivo. Fatias estriatais de ratos Wistar machos com 30 dias de idade foram pré-incubadas com CoQ10 em quatro concentrações distintas (25, 50, 75 e 100 μM) e posteriormente foram expostas ao QUIN (100 μM). A concentração de 100 μM de CoQ10 foi capaz de prevenir o aumento na oxidação de H2DCF, de níveis de nitritos e da atividade de acetilcolinesterase causados por QUIN, sendo a concentração selecionada para a continuação do trabalho. QUIN provocou um aumento na razão das enzimas SOD/CAT e nos níveis de TBARS e diminuição na atividade da enzima GPx, no conteúdo de glutationa e de sulfidrilas. QUIN reduziu a atividade da enzima Na+,K+-ATPase, dos complexos mitocondriais I, II e IV, os níveis de ATP intracelular e alterou o imunoconteúdo da proteína Erk-1. A pré-incubação com CoQ10 foi capaz de prevenir parcialmente alterações na razão SOD/CAT, no conteúdo de glutationa e nos níveis de ATP, bem como preveniu totalmente o aumento na atividade da GPx, nos níveis de TBARS e a redução da atividade dos complexos I, II e IV. A parte II utilizou metodologia in vivo. Ratos Wistar machos de 21 dias de idade receberam um pré-tratamento com CoQ10 10mg/kg/dia por 10 dias. Ao trigésimo dia, foi realizada uma injeção intraestriatal de QUIN 150 nM. Após 60 minutos e/ou após as avaliações comportamentais, os animais foram eutanasiados para as avaliações morfológicas e bioquímicas. Os resultados mostraram que o QUIN alterou os parâmetros comportamentais avaliados através dos testes de campo aberto, reconhecimento de objetos e pole test. O QUIN também causou alterações na expressão gênica, aumentando os marcadores inflamatórios TNF-α, IL-1β, IL-6 e MCP-1 e diminuindo as enzimas antioxidantes CAT, SOD e GPx. A administração de QUIN também diminuiu o imunoconteúdo de Nrf2 e p-Nf-κB. O pré-tratamento com CoQ10 preveniu as alterações em todos os parâmetros comportamentais avaliados. Este composto também preveniu totalmente o aumento na expressão de IL-1β e parcialmente o aumento de IL-6. A redução na expressão de SOD, GPx e no imunoconteúdo de Nrf2 também foi prevenido totalmente, enquanto a alteração no imunoconteúdo de p-Nf-κB apresentou prevenção parcial. A associação de QUIN e CoQ10 causou o aumento na expressão de TNF-α, MCP-1 e IL-10. Quanto às análises morfológicas, o conteúdo de neurônios e astrócitos não foram alterados pelo QUIN e/ouCoQ10. Os resultados do presente trabalho mostram o potencial protetor da CoQ10 frente à danos cerebrais quimicamente induzidos por QUIN. A suplementação com CoQ10 se apresenta como uma alternativa terapêutica interessante para a prevenção de doenças neurodegenerativas, porém mais estudos são necessários para elucidar seus mecanismos de ação.

Quinolinic acid (QUIN), a metabolite produced in the degradation of tryptophan, is an agonist of NMDA receptors found at high levels in the brain in different pathological conditions. The increase in its concentration is related to toxic effects, such as inducing the production of reactive oxygen/nitrogen species, mitochondrial dysfunction, activation of inflammatory mechanisms, and cell death. In vivo studies show increased levels of this metabolite in neurodegenerative and psychiatric diseases. Therefore, it is necessary to investigate neuroprotection strategies capable of neutralizing the deleterious effects of QUIN in the brain. Coenzyme Q10 (CoQ10) is a fat-soluble provitamin, present mainly in the inner mitochondrial membrane, which has an important antioxidant and anti-inflammatory action. This work aimed to evaluate the possible neuroprotective effect of CoQ10 against the toxicity caused by QUIN in the striatum of rodents, using experimental protocols of ex vivo and in vivo studies. Behavioral, biochemical (redox balance, energy metabolism, enzymatic activity, and inflammatory markers) and morphological parameters were analyzed in the striatum of young Wistar rats. Part I of the present work was performed ex vivo. Striatal slices from thirty-day-old male Wistar rats were pre-incubated with CoQ10 at four different concentrations (25, 50, 75, and 100 μM) and subsequently exposed to QUIN (100 μM). The concentration of 100 μM of CoQ10 was able to prevent the increase in H2DCF oxidation, nitrite levels, and acetylcholinesterase activity caused by QUIN, being the concentration selected for the continuation of the work. QUIN caused an increase in SOD/CAT enzyme ratio and TBARS levels and a decrease in GPx enzyme activity, glutathione content, and sulfhydryl content. QUIN reduced the activity of the enzyme Na+,K+-ATPase, mitochondrial complexes I, II, and IV, the levels of intracellular ATP, and altered the immunocontent of the Erk-1 protein. Pre-incubation with CoQ10 was able to partially prevent changes in SOD/CAT ratio, glutathione content, and ATP levels, as well as prevent the increase in GPx activity, TBARS levels, and the reduction of complex activity. I, II, and IV. Part II used in vivo methodology. Twenty-one-day-old male Wistar rats received pretreatment with CoQ10 10mg/kg/day for 10 days. On the thirtieth day, intrastriatal injection of QUIN 150 nM was performed. After 60 minutes or after the behavioral evaluations, the animals were euthanized for morphological and biochemical evaluations. The results showed that the QUIN altered the behavioral parameters evaluated through the open field, object recognition, and vertical pole tests. QUIN also caused alterations in gene expression, increasing the inflammatory markers TNF-α, IL-1β, IL-6, and MCP-1 and decreasing the antioxidant enzymes CAT, SOD, and GPx. QUIN administration also decreased the immunocontent of Nrf2 and p-Nf-κB. Pretreatment with CoQ10 prevented changes in all behavioral parameters evaluated. This compound also totally prevented the increase in IL-1β expression and partially the increase in IL-6. The reduction in the expression of SOD, GPx, and the Nrf2 immunocontent was also totally prevented, while the alteration in the immunocontent of p-Nf-κB showed partial prevention. The association of QUIN and CoQ10 caused an increase in the expression of TNF-α, MCP-1, and IL-10.Regarding to morphological analyses, the content of neurons and astrocytes were not altered by QUIN and/or CoQ10. The results of the present work show the protective potential of CoQ10 against chemically induced brain damage by QUIN. CoQ10 supplementation may be an interesting therapeutic alternative for the prevention of the neurodegenerative diseases, but more studies are needed to elucidate its mechanisms of action.