Neurotoxicidade glutamatérgica e vias de neuroproteção : participação do sistema adenosinérgico

Abstract

A neurotransmissão excitatória no Sistema Nervoso Central (SNC) é mediada por aminoácidos excitatórios (EAAs), tais como: L-aspartato, D-aspartato e por glutamato. O glutamato é o principal neurotransmissor excitatório e está envolvido tanto em sinalizações fisiológicas quanto patológicas na sinapse, através da ativação dos receptores ionotrópicos (iGluR) e metabotrópicos (mGluR). O acúmulo de glutamato na fenda sináptica leva a excitotoxicidade celular devido à excessiva estimulação de seus receptores, principalmente os receptores ionotrópicos NMDA. Os aminoácidos L-aspartato e D-aspartato mimetizam muitas ações do glutamato, pois são agonistas dos receptores NMDA e são captados pelos transportadores de aminoácido excitatório (EAATs). Acreditase que a rápida remoção dos EAAs da fenda sináptica pelos EAATs seja o maior mecanismo de regulação e neuroproteção no sistema glutamatérgico. A ativação dos receptores NMDA leva ao aumento extracelular do nucleosídeo adenosina, considerado um importante neuromodulador. O aumento nos níveis de adenosina se deve à sua liberação como tal pelo transportador bi-direcional de nucleosídeo ou formada a partir da degradação de nucleotídeos liberados para o meio extracelular por ação da cascata das ecto-enzimas, ATP difosfoidrolase e 5'-nucleotidase. O pré-condicionamento é um mecanismo de proteção celular devido à indução de tolerância à morte a partir de um estímulo subtóxico. O pré-condicionamento com NMDA protege neurônios em cultura contra a morte celular induzida por glutamato. No presente estudo se observou que a neurotoxicidade induzida por altas doses dos EAAs glutamato, L-aspartato ou D-aspartato diminui a captação de glutamato, mas, por outro lado os agonistas de receptores glutamatérgicos NMDA e SR-ACPD aumentam esta captação. Estes resultados sugerem que o transportador EAATs pode ser regulado diferentemente, contribuindo para os processos de neurotoxicidade ou de neuroproteção celular. Doses neurotóxicas de glutamato ou NMDA estimulam a atividade da ecto-ATP difosfoidrolase e ecto-5' -nucleotidase de neurônios em cultura. Tem-se proposto que baixas concentrações extracelulares de adenosina são originadas da sua liberação como tal e assim ativa preferencialmente os receptores A1. Enquanto altas concentrações são originadas da sua formação pela cascata das ecto-enzimas, favorecendo a ativação dos receptores A2A- A excitotoxicidade desencadeada pelos EAAs observada aqui estimula a produção de adenosina no espaço extracelular pela ativação da ecto-5' -nucleotidase em neurônios. Adenosina formada pode contribuir para o mecanismo de neurotoxicidade ou de neuroproteção, dependendo se ativará receptores A1 ou A2A, respectivamente. Pois, tem-se descrito que a ativação dos receptores A1 reduz a morte celular e a liberação de EAAs. Enquanto que a ativação dos receptores A2A aumenta a liberação de glutamato sobre condições normais e durante insulto isquêmico, potencializando assim a neurotoxicidade glutamatérgica. Porém, os antagonistas dos receptores A1 (CPT) ou A2A (ZM 241385) de adenosina não afetaram essa neurotoxicidade. Um mecanismo de proteção bem estabelecido é o induzido pelo pré-condicionamento, onde doses subtóxicas de uma toxina protegem de um posterior insulto tóxico. O envolvimento dos receptores de adenosina neste processo tem sido sugerido. Nos resultados apresentados nesta tese, observou-se que o bloqueio dos receptores A1 de adenosina, mas não dos receptores A2A, durante o período de pré-condicionamento com NMDA previnem a neuroproteção contra a morte celular induzida por glutamato. Após o período do pré-condicionamento, verificou-se também uma inibição na atividade da ecto-5' -nucleotidase estimulada por glutamato e uma diminuição da funcionalidade dos receptores A2A. Estes mecanismos desfavorecem a ativação dos receptores A2A, o que poderia potencializar a neurotoxicidade, mas cooperam para que os receptores A1 sejam ativados quando ocorrer o insulto neurotóxico, contribuindo assim para a neuroproteção decorrente do pré-condicionamento com NMDA. Em experimentos realizados in vivo, observou-se que o pré-condicionamento com NMDA previne convulsões e a conseqüente morte celular induzidas pela administração intra-cerebroventricular de ácido quinolínico em camundongos. Neste mecanismo de proteção, a participação dos receptores A1 foi fundamental contra as convulsões, mas não contra a morte celular. Estes resultados sugerem que os mecanismos de proteção induzidos pelo pré-condicionamento com NMDA contra as convulsões e morte celular in vivo ocorreram por diferentes vias de proteção: uma dependente exclusivamente da ativação do receptor NMDA e outra dependente da cooperação dos receptores A1 de adenosina.

Excitatory neurotransmission in the mammalian CNS is mediated by excitatory amino acids (EAAs), such as L-aspartate, D-aspartate and glutamate. Glutamate is the main excitatory neurotransmitter in the mammalian central nervous system (CNS) and it is involved in physiological pathways as well as contributes to neuronal damage. Glutamate acts through activation of ionotropic (iGluR) and metabotropic receptors (mGluR). Excessive accumulation of glutamate in the synaptic cleft may lead to an excitotoxic neuronal damage due to over activation of these receptors, mainly the ionotropic NMDA receptors. The EAAs L-aspartate and D-aspartate mimic most of the actions of glutamate, since they are putative NMDA receptors agonists and are uptake by excitatory amino acid transporters (EAATs). Rapid uptake of the amino acid excitatory through EAATs is believed to be the major regulatory and neuroprotective mechanism in the glutamatergic system. The activation of the NMDA receptors promotes the increase of extracellular adenosine levels, which is an important neuromodulator in the CNS. The extracellular adenosine can be released via a bi-directional transporter or formed from adenine nucleotides released that are degraded by an extracellular chain of ecto-nucleotidases, ATP diphosphohydrolase and 5'-nucleotidase. The preconditioning is a mechanism of protection evoked by subtoxic stimulus. NMDA preconditioning leads to tolerance to the subsequent lethal stimulus, which protects cultured neurons against glutamate-induced cellular death. ln the present study, the neurotoxicity induced by high doses of glutamate, L-aspartate or D-aspartate inhibited glutamate uptake, but opposite, the glutamate receptors agonists, NMDA and SR-ACPD increase the glutamate uptake. These results suggest that the EAAT s may be regulated by different mechanisms, contributing to neurotoxic or neuroprotective cellular process in the glutamatergic pathway. Cultured neurons in the presence of neurotoxic concentration of glutamate or NMDA show a stimulation of the ecto-ATP diphosphohydrolase and ecto-5'-nucleotidase activities. Extracellular adenosine at lower concentrations is released from bi-directional adenosine transporter and activates predominately adenosine A1 receptors, whereas at higher concentrations it is formed from ecto-nucleotidases pathway and activates of adenosine A2A receptors. The EAAs-induced neurotoxicity observed herein stimulates the production of adenosine by ecto-5' - nucleotidase activity in neurons. Adenosine can cooperate with neuroprotection or neurotoxicity depended whether it would act on adenosine A1 or A2A receptors, respectively. Adenosine has been shown to reduce the cellular damage by activating adenosine A1 receptors inhibits EAAs release, otherwise by activating adenosine A2A receptors stimulates glutamate release upon normoxic or ischemia conditions. But, the adenosine receptors A1 (CPT) or A2A (ZM 241385) antagonists did not affect the neurotoxicity induced by L- or D-aspartate. The preconditioning is a neuroprotective mechanism, where subtoxic doses of a toxin protect against a subsequently lethal dose. ln the present study, the neuroprotection evoked by NMDA preconditioning against glutamate-induced cellular damage was prevented by the presence of adenosine A1 receptor antagonist, CPT, but not by the adenosine A2A receptors antagonist, ZM 241385. Moreover, NMDA preconditioning prevented the stimulatory effect of glutamate on AMP hydrolysis and it promoted a desensitization of the adenosine A2A receptor. Taken together, the results described herein suggest that the neuroprotection evoked by NMDA preconditioning against cellular damage elicited by glutamate occurred through mechanisms involving adenosine A2A receptors desensitization co-operating with adenosine A1 receptors activation in cerebellar granule cells. We also observed in vivo experiments that NMDA preconditioning led to protection against seizures and cellular death induced by quinolinic acid in mice. ln this neuroprotective mechanism the participation of adenosine A1 receptors was crucial against quinolinic acid-induced seizures but not cellular damage. These results suggest that the neuroprotective mechanisms evoked by NMDA preconditioning against quinolinic acid-induced seizures and cellular damage occurred by a different pathway: one dependent exclusively on the NMDA receptor activation and other dependent on the co-operation of adenosine A1 receptors.