Caracterização da diferenciação neural induzida por ácido retinóico da linhagem de neuroblastoma humano SH-SY5Y e seu uso como ferramenta para pesquisa em neurociências

Abstract

Os mecanismos moleculares que levam ao dano da via nigroestriatal durante a progressão da Doença de Parkinson (DP) ainda não estão totalmente elucidados. Dessa forma, existe a necessidade de desenvolver modelos experimentais adequados para o estudo desse distúrbio neurodegenerativo. A linhagem de neuroblastoma humano SH-SY5Y tratada com neurotoxinas indutoras deste distúrbio (ex.: 6-hidroxidopamina - 6-OHDA) é amplamente utilizada como modelo in vitro da DP. Muitos estudos mostram que esta linhagem pode ser diferenciada em células dopaminérgicas através da combinação da diminuição do soro fetal bovino (SFB) em meio de cultura e da adição de neurotrofinas como o ácido retinóico (AR). No entanto, há poucos estudos mostrando as diferenças entre células proliferativas e diferenciadas da linhagem de neuroblastoma SH-SY5Y, além do efeito do tratamento com 6-OHDA. Ainda, não há um consenso nos protocolos de diferenciação. Dessa forma, o objetivo deste estudo foi estabelecer um protocolo de diferenciação dopaminérgica da linhagem de neuroblastoma humano SH-SY5Y, bem como avaliar a potencialidade do modelo como plataforma para o screening de neurotoxicidade/neuroproteção de compostos e a possibilidade de manipulação gênica. As células proliferativas SH-SY5Y foram mantidas em meio de cultura DMEM/F12 (1:1) suplementado com 10% de SFB. A diferenciação foi induzida pela combinação de 10 μM de AR e meio de cultura com 1% de SFB durante 4, 7 e 10 dias. Foram avaliados parâmetros morfológicos (presença de neuritos) e neuroquímicos, através marcadores de diferenciação neuronal (DAT- transportador de dopamina; TH – tirosina hidroxilase; ENS – enolase neurônio específica; NeuN – proteína nuclear de neurônio; Nestina). Ainda, avaliamos parâmetros de estresse oxidativo através da atividade de enzimas antioxidantes e dos níveis de tióis reduzidos. Nossos dados mostraram que as células SH-SY5Y diferenciadas por 7 dias apresentaram mudanças morfológicas e o aumento do imunoconteúdo de todos os marcadores neuronais testados, e a concomitantemente diminuição do imunoconteúdo de nestina (marcador de células indiferenciadas). Além disso, o fenótipo neuronal apresentou uma maior atividade de alguns sistemas antioxidantes. Também foi avaliada a citotoxicidade frente ao H2O2 e à 6-OHDA nos dois fenótipos. As células diferenciadas se mostraram mais resistentes ao dano causado pelo H2O2 e mais sensíveis à 6-OHDA. Dessa forma, a citotoxicidade da 6-OHDA pode estar relacionada com o aumento do imunoconteúdo do DAT, visto que a neurotoxina entra na célula dopaminérgica através deste transportador. Interessantemente, as células diferenciadas apresentaram aumento dos níveis da proteína neuroprotetora DJ-1, que está relacionada a uma forma prematura de Parkinsonismo em humanos. Após a caracterização do modelo, nós utilizamos o fenótipo diferenciado como plataforma experimental para o screening de compostos neuroprotetores como os organocalcogênios. Nós determinamos a citotoxidade destes compostos em células diferenciadas da linhagem de neuroblastoma SH-SY5Y. A partir destes dados, foram selecionados compostos com baixa citotoxicidade e avaliamos a morfologia celular (densidade de neuritos). Nós verificamos que antes da perda de viabilidade, ocorre a perda de neuritos, sendo que este parâmetro é outra vantagem do modelo de célula diferenciada para avaliação da neurototoxicidade. Ainda, verificamos que estes compostos são capazes de prevenir o dano celular causado pela 6-OHDA. Além disso, nós caracterizamos a capacidade do modelo de ser manipulado geneticamente através da transfecção e superexpressão de plasmídeo contendo a proteína verde fluorescente, onde verificamos que a expressão é mantida durante a diferenciação. Dessa forma, nossos dados mostraram a eficácia da padronização da diferenciação induzida por AR da linhagem de neuroblastoma humano SH-SY5Y, pois estas células apresentam características morfológicas e neuroquímicas adequadas de neurônio dopaminérgico bem como pode ser aplicado não só para avaliação de neurototoxicidade/neuroproteção, mas também pode ser manipulado geneticamente.

The molecular mechanisms underlying the massive cellular loss found in the nigrostriatal pathway during the progression of Parkinson’s disease (PD) are not completely understood. Therefore, it is important to develop more suitable experimental models to study the molecular mechanisms of this neurodegenerative disorder. Proliferative human neuroblastoma cell line SH-SY5Y challenged with neurotoxins (e.g.: 6-hydroxydopamine – 6-OHDA) has been widely used as an in vitro model for PD. Many lines of evidence showed that this cell line differentiates with the combination of lower fetal bovine serum (FBS) and retinoic acid (RA) to dopaminergic-like neural cell. However, there are few studies addressing the differences between proliferative and RA-differentiated SH-SY5Y cells as well as their responses to 6-OHDA cytotoxicity. Moreover, there is no consensus in differentiation protocols. Hence, the objective of this study was to establish a RAinduced dopaminergic differentiation protocol and also evaluate its capabilities for drug screening of neurotoxicity/neuroprotection and genetic manipulation. Exponentially growing SH-SY5Y cells were maintained with DMEM/F12 (1:1) medium plus 10% FBS. Differentiation was triggered by the combination of 10 μM of RA plus medium with 1% of FBS during 4, 7 and 10 days. We evaluated the cell morphology (neurites) and the neuronal markers (Dopamine Transporter- DAT, Tyrosine Hydroxylase-TH, Neuron-Specific Enolase-NSE, Neuronal Nuclei Protein- NeuN, and Nestin immunocontent). Furthermore, we verify the activity of antioxidant enzymes and the reduced thiol levels. Our data demonstrated that SH-SY5Y cells differentiated for 7 days expresses all neuronal markers tested with concomitant decrease in nondifferentiated marker (nestin). Besides, they showed a higher activity of some antioxidant systems. We also evaluated the cytotoxicity of H2O2 and 6-OHDA in both phenotypes. Differentiated cells are more resistant to H2O2 and more sensitive to 6- OHDA. Hence, the damage caused by 6-OHDA could be related with the increase of DAT immuncontent, because this neurotoxin enters into the dopaminergic cell through this transporter. Interestingly, the differentiated cells have more levels of neuroprotective DJ-1 protein, which is related with a juvenile Parkinsonism. After establish the conditions of differentiation, we used the neuronal phenotype to perform a drug screening with organoselenide compounds. We verify the cytotoxicity of these compounds in differentiated cells. From these data, we selected compounds with low toxicity and evaluated the cell morphology (neurites density). We verify that before the loss of viability, there is a loss of neurites. This parameter is another advantage of the differentiated cells model to neurotoxicity evaluation. Moreover, these compounds were able to prevent neuronal cell death caused by 6-OHDA. We also characterized the ability of the model to be manipulated genetically through transfection and overexpression of a green fluorescent protein (GFP) plasmid. We verify that the expression of GFP is maintained during the differentiation. Hence, our data showed the efficacy of the RA-induced differentiation protocol of the neuroblastoma cell line SH-SY5Y, because these cells have morphological and neurochemical characteristics of dopaminergic neurons. Furthermore, the neuronal phenotype can be applyed not only to evaluate neurocytotoxicity/neuroprotection but also can be manipulated genetically.