Efeitos da melatonina em cultura de astrócitos de ratos Wistar adultos

Abstract

O córtex cerebral desempenha diversas funções, estando envolvido nos processos de locomoção, aprendizagem e memória. Esta estrutura também está diretamente relacionada aos mecanismos de diversas doenças neurológicas. Os astrócitos são células da glia com importantes funções, como por exemplo, homeostase dos neurotransmissores glutamato e ácido gama-aminobutírico (GABA), respostas antioxidante e anti-inflamatória, bem como formação e manutenção da barreira hematoencefálica (BHE). Contudo, essas funções fisiológicas podem sofrer declínio a longo prazo e contribuir para distúrbios característicos do envelhecimento. Nesse contexto, estudos in vitro se concentraram na cultura de roedores neonatos para definir características bioquímicas, celulares e moleculares dos astrócitos. No entanto, devido a imaturidade das conexões celulares em animais jovens, a cultura de astrócitos proveniente de animais adultos representa uma importante ferramenta para investigar o possível impacto da exposição a estratégias glioprotetoras em células maduras. Dentre as diversas moléculas com efeitos benéficos, a melatonina é um hormônio da glândula pineal responsável por controlar o ritmo circadiano, resposta antioxidante, resposta inflamatória, fatores de transcrição e biogênese mitocondrial. Logo, a melatonina pode fornecer respostas glioprotetoras. Neste sentido, glioproteção se refere a um conjunto de estratégias que fornecem proteção ao sistema nervoso central (SNC) através das células glias. A partir do exposto acima, investigamos os efeitos da melatonina na cultura de astrócitos de córtex de ratos Wistar adultos (90 dias), avaliando a viabilidade e metabolismo celular, parâmetros astrocitários como atividade da enzima glutamina sintetase (GS), conteúdo da glutationa (GSH) e a expressão do RNAm da enzima limitante da síntese de GSH, glutamato cisteína ligase (GCL); liberação de fatores tróficos e vias de sinalização relacionadas aos efeitos da melatonina. Nossos resultados mostram que a melatonina não alterou a viabilidade das culturas de astrócitos, bem como os níveis de lactato extracelular em relação ao controle experimental. Quanto aos parâmetros glutamatérgicos, não houve alteração na GS, GCL ou no conteúdo da GSH. Contudo, a melatonina causou uma significativa redução da expressão dos fatores de transcrição nuclear kappa B (NFκB), ciclooxigenase-2 (COX-2) e óxido nítrico sintase induzível (iNOS). Os mediadores inflamatórios interleucina 6 (IL-6) e 10 (IL-10) também aumentaram pós tratamento com a melatonina. Adicionalmente, a melatonina causou o aumento do fator de transcrição nuclear eritroide 2 relacionado ao fator 2 (Nrf2) e a sirtuína 1 (SIRT1), e reduziu o RNAm da proteína cinase ativada por monofosfato de adenosina (AMPK) e do coativador-1 alfa do receptor ativado por proliferadores de peroxissoma gama (PGC-1α). Assim, os resultados sugerem que na cultura de astrócitos de roedores adultos, a melatonina foi capaz de promover ações anti-inflamatórias através da ação direta sobre mediadores inflamatórios e/ou por vias clássicas associadas à neuroinflamação, além de regular mecanismos protetores relacionados a este hormônio, como por exemplo Nrf2/SIRT1. Assim, a presente dissertação mostrou pela primeira vez os potenciais efeitos glioprotetores da melatonina em culturas de animais adultos.

The cerebral cortex performs several functions, being involved in the processes of locomotion, learning and memory. This structure is also directly related to the mechanisms of several neurological diseases. Astrocytes are glial cells with important functions, such as homeostasis of the neurotransmitters glutamate and gamma-aminobutyric acid (GABA), antioxidant and anti-inflammatory responses, as well as formation and maintenance of the blood-brain barrier (BBB). However, these physiological functions may have a long-term decline and contribute to disorders associated with aging. In this context, in vitro studies have focused on astrocyte cultures from neonatal rodents to define biochemical, cellular and molecular characteristics of astrocytes. However, due to the immaturity of cellular connections in young animals, cultured astrocytes from adult animals represent an important tool to investigate the possible impact of exposure to glioprotective strategies on mature cells. Among the various molecules with beneficial effects, melatonin is a pineal gland hormone responsible for controlling the circadian rhythm, antioxidant response, inflammatory response, transcription factors and mitochondrial biogenesis. Therefore, melatonin can provide glioprotective responses. In this sense, glioprotection refers to a set of strategies that provide protection to the central nervous system (CNS) through glial cells. Based on the above, we investigated the effects of melatonin on astrocyte cultures from the cortex of adult Wistar rats (90 days), evaluating cell viability and metabolism, astrocytic parameters such as activity of the enzyme glutamine synthetase (GS), glutathione content (GSH) and the mRNA expression of the rate-limiting enzyme for GSH synthesis, glutamate cysteine ligase (GCL); release of trophic factors and signaling pathways related to the effects of melatonin. Our results show that melatonin did not alter the viability of astrocyte cultures, as well as the levels of extracellular lactate relative to the experimental control. Regarding glutamatergic parameters, there was no change in GS, GCL or GSH content. However, melatonin caused a significant reduction in the expression of nuclear transcription factors kappa B (NFκB), cyclooxygenase-2 (COX-2) and inducible nitric oxide synthase (iNOS). The inflammatory mediators interleukin 6 (IL-6) and 1 (IL-10) also increased after melatonin treatment. Additionally, melatonin caused an increase in the nuclear transcription factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) and sirtuin 1 (SIRT1) and reduced the mRNA of adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) and peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha (PGC-1α). Thus, these results suggest that, in cultured astrocytes from adult rodents, melatonin was able to promote anti-inflammatory effects through direct action on inflammatory mediators and/or through classical pathways associated with neuroinflammation, in addition to regulating protective mechanisms related to this hormone, such as Nrf2/SIRT1. Thus, the present study showed for the first time the potential glioprotective effects of melatonin in adult animal cultures.