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Carazza-Kessler FG, Campos MS, Bittencourt RR, Rosa-Silva HTD, Brum PO, Silveira AK, Teixeira AA, Ribeiro CT, Peixoto DO, Santos L, Andrade G, Panzenhagen AC, Scheibel IM, Gelain DP, Fonseca Moreira JC. Transgenerational inheritance of methylmercury and vitamin A-induced toxicological effects in a Wistar rats environmental-based model. Chemosphere 2024; 351:141239. [PMID: 38272134 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2024.141239] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/26/2023] [Revised: 12/22/2023] [Accepted: 01/15/2024] [Indexed: 01/27/2024]
Abstract
Mercury (Hg) and vitamin A (VitA) are two environmental factors with potential health impacts, especially during pregnancy and early childhood. Fish and seafood may present elevated levels of methylmercury (MeHg), the major Hg derivative, and VitA. This study aimed to evaluate the transgenerational effects of exposure to MeHg and/or VitA on epigenetic and toxicological parameters in a Wistar rat model. Our findings revealed persistent toxicological effects in generations F1 and F2 following low/mild doses of MeHg and/or VitA exposure during dams' (F0) gestation and breastfeeding. Toxicological effects observed in F2 included chronic DNA damage, bone marrow toxicity, altered microglial content, reduced neuronal signal, and diminished male longevity. Sex-specific patterns were also observed. Co-exposure to MeHg and VitA showed both synergistic and antagonistic effects. Additionally, the study demonstrated that MeHg and VitA affected histone methylation and caused consistent effects in F2. While MeHg exposure has been associated with transgenerational inheritance effects in other organisms, this study provides the first evidence of transgenerational inheritance of MeHg and VitA-induced toxicological effects in rodents. Although the exact mechanism is not yet fully understood, these findings suggest that MeHg and VitA may perpetuate their impacts across generations. The study highlights the need for remedial policies and interventions to mitigate the potential health problems faced by future generations exposed to MeHg or VitA. Further research is warranted to investigate the transgenerational effects beyond F2 and determine the matrilineal or patrilineal inheritance patterns.
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Affiliation(s)
- Flávio Gabriel Carazza-Kessler
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Marlene Soares Campos
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Reykla Ramon Bittencourt
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Helen Taís da Rosa-Silva
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Pedro Ozorio Brum
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Alexandre Kléber Silveira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Alexsander Alves Teixeira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Camila Tiefensee Ribeiro
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Daniel Oppermann Peixoto
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Lucas Santos
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Giovanni Andrade
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Alana Castro Panzenhagen
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Ingrid Matsubara Scheibel
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Daniel Pens Gelain
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - José Cláudio Fonseca Moreira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
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Santos L, Behrens L, Barbosa C, Tiefensee-Ribeiro C, Rosa-Silva H, Somensi N, Brum PO, Silveira AK, Rodrigues MS, de Oliveira J, Gelain DP, Almeida RF, Moreira JCF. Histone 3 Trimethylation Patterns are Associated with Resilience or Stress Susceptibility in a Rat Model of Major Depression Disorder. Mol Neurobiol 2024:10.1007/s12035-024-03912-3. [PMID: 38225513 DOI: 10.1007/s12035-024-03912-3] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/09/2022] [Accepted: 12/23/2023] [Indexed: 01/17/2024]
Abstract
Major Depressive Disorder (MDD) is a severe and multifactorial psychiatric condition. Evidence has shown that environmental factors, such as stress, significantly explain MDD pathophysiology. Studies have hypothesized that changes in histone methylation patterns are involved in impaired glutamatergic signaling. Based on this scenario, this study aims to investigate histone 3 involvement in depression susceptibility or resilience in MDD pathophysiology by investigating cellular and molecular parameters related to i) glutamatergic neurotransmission, ii) astrocytic functioning, and iii) neurogenesis. For this, we subjected male Wistar rats to the Chronic Unpredictable Mild Stress (CUMS) model of depression. We propose that by evaluating the sucrose consumption, open field, and object recognition test performance from animals submitted to CUMS, it is possible to predict with high specificity rats with susceptibility to depressive-like phenotype and resilient to the depressive-like phenotype. We also demonstrated, for the first time, that patterns of H3K4me3, H3K9me3, H3K27me3, and H3K36me3 trimethylation are strictly associated with the resilient or susceptible to depressive-like phenotype in a brain-region-specific manner. Additionally, susceptible animals have reduced DCx and GFAP and resilient animals present increase of AQP-4 immunoreactivity. Together, these results provide evidence that H3 trimethylations are related to the development of the resilient or susceptible to depressive-like phenotype, contributing to further advances in the pathophysiology of MDD and the discovery of mechanisms behind resilience.
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Affiliation(s)
- Lucas Santos
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
| | - Luiza Behrens
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Camila Barbosa
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Camila Tiefensee-Ribeiro
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Helen Rosa-Silva
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Nauana Somensi
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Pedro Ozorio Brum
- Max Perutz Labs, Vienna BioCenter, University of Vienna, Vienna, Austria
| | - Alexandre Kleber Silveira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Matheus Scarpatto Rodrigues
- Laboratório de Investigação de Desordens Metabólicas e Doenças Neurodegenerativas, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Jade de Oliveira
- Laboratório de Investigação de Desordens Metabólicas e Doenças Neurodegenerativas, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Daniel Pens Gelain
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Roberto F Almeida
- Centro de Ciências Químicas Farmacêuticas e de Alimentos, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, RS, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Bioquímica e Bioprospecção, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, RS, Brazil
| | - José Cláudio Fonseca Moreira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
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Peixoto DO, Bittencourt RR, Gasparotto J, Kessler FGC, Brum PO, Somensi N, Girardi CS, Dos Santos da Silva L, Outeiro TF, Moreira JCF, Gelain DP. Increased alpha-synuclein and neuroinflammation in the substantia nigra triggered by systemic inflammation are reversed by targeted inhibition of the receptor for advanced glycation end products (RAGE). J Neurochem 2023. [PMID: 37661637 DOI: 10.1111/jnc.15956] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/16/2023] [Revised: 07/18/2023] [Accepted: 08/17/2023] [Indexed: 09/05/2023]
Abstract
The receptor for advanced glycation end products (RAGE) is a protein of the immunoglobulin superfamily capable of regulating inflammation. Considering the role of this receptor in the initiation and establishment of neuroinflammation, and the limited understanding of the function of RAGE in the maintenance of this condition, this study describes the effects of RAGE inhibition in the brain, through an intranasal treatment with the antagonist FPS-ZM1, in an animal model of chronic neuroinflammation induced by acute intraperitoneal injection of lipopolysaccharide (LPS). Seventy days after LPS administration (2 mg/kg, i.p.), Wistar rats received, intranasally, 1.2 mg of FPS-ZM1 over 14 days. On days 88 and 89, the animals were submitted to the open-field test and were killed on day 90 after the intraperitoneal injection of LPS. Our results indicate that blockade of encephalic RAGE attenuates LPS-induced chronic neuroinflammation in different brain regions. Furthermore, we found that intranasal FPS-ZM1 administration reduced levels of gliosis markers, RAGE ligands, and α-synuclein in the substantia nigra pars compacta. Additionally, the treatment also reversed the increase in S100 calcium-binding protein B (RAGE ligand) in the cerebrospinal fluid and the cognitive-behavioral deficits promoted by LPS-less time spent in the central zone of the open-field arena (more time in the lateral zones), decreased total distance traveled, and increased number of freezing episodes. In summary, our study demonstrates the prominent role of RAGE in the maintenance of a chronic neuroinflammatory state triggered by a single episode of systemic inflammation and also points to possible future RAGE-based therapeutic approaches to treat conditions in which chronic neuroinflammation and increased α-synuclein levels could play a relevant role, such as in Parkinson's disease.
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Affiliation(s)
- Daniel Oppermann Peixoto
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (ICBS-UFRGS), Porto Alegre, Brazil
- Instituto de Neurociencias, Universidad Miguel Hernández-Consejo Superior de Investigaciones Científicas (UMH-CSIC), Sant Joan d'Alacant, Alicante, Spain
| | - Reykla Ramon Bittencourt
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (ICBS-UFRGS), Porto Alegre, Brazil
| | - Juciano Gasparotto
- Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Alfenas (ICB-UNIFAL), Alfenas, Brazil
| | - Flávio Gabriel Carazza Kessler
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (ICBS-UFRGS), Porto Alegre, Brazil
| | | | - Nauana Somensi
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (ICBS-UFRGS), Porto Alegre, Brazil
| | - Carolina Saibro Girardi
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (ICBS-UFRGS), Porto Alegre, Brazil
| | - Lucas Dos Santos da Silva
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (ICBS-UFRGS), Porto Alegre, Brazil
| | - Tiago Fleming Outeiro
- Department of Experimental Neurodegeneration, Center for Biostructural Imaging of Neurodegeneration, University Medical Center Göttingen, Göttingen, Germany
- Max Planck Institute for Natural Sciences, Göttingen, Germany
- Faculty of Medical Sciences, Translational and Clinical Research Institute, Newcastle University, Framlington Place, Newcastle Upon Tyne, UK
- Scientific Employee with an Honorary Contract at Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), Göttingen, Germany
| | - José Cláudio Fonseca Moreira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (ICBS-UFRGS), Porto Alegre, Brazil
| | - Daniel Pens Gelain
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (ICBS-UFRGS), Porto Alegre, Brazil
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Somensi N, Lopes SC, Gasparotto J, Mayer Gonçalves R, Tiefensee-Ribeiro C, Oppermann Peixoto D, Ozorio Brum P, Pinho CM, Agnes JP, Santos L, de Oliveira J, Spiller F, Fonseca Moreira JC, Zanotto-Filho A, Prediger RD, Pens Gelain D. Role of toll-like receptor 4 and sex in 6-hydroxydopamine-induced behavioral impairments and neurodegeneration in mice. Neurochem Int 2021; 151:105215. [PMID: 34710535 DOI: 10.1016/j.neuint.2021.105215] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 0.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/27/2021] [Revised: 10/02/2021] [Accepted: 10/21/2021] [Indexed: 11/19/2022]
Abstract
Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disease characterized by progressive loss of the nigrostriatal dopaminergic neurons that are associated with motor alterations and non-motor manifestations (such as depression). Neuroinflammation is a process with a critical role in the pathogenesis of PD. In this regard, toll-like receptor 4 (TLR4) is a central mediator of immune response in PD. Moreover, there are gender-related differences in the incidence, prevalence, and clinical features of PD. Therefore, we aimed to elucidate the role of TLR4 in the sex-dependent response to dopaminergic denervation induced by 6-hydroxydopamine (6-OHDA) in mice. Female and male adult wildtype (WT) and TLR4 knockout (TLR4-/-) mice were administered with unilateral injection of 6-OHDA in the dorsal striatum, and non-motor and motor impairments were evaluated for 30 days, followed by biochemistry analysis in the substantia nigra pars compacta (SNc), dorsal striatum, and dorsoventral cortex. Early non-motor impairments (i.e., depressive-like behavior and spatial learning deficits) induced by 6-OHDA were observed in the male WT mice but not in male TLR4-/- or female mice. Motor alterations were observed after administration of 6-OHDA in both strains, and the lack of TLR4 was also related to motor commitment. Moreover, ablation of TLR4 prevented 6-OHDA-induced dopaminergic denervation and microgliosis in the SNc, selectively in female mice. These results reinforced the existence of sex-biased alterations in PD and indicated TLR4 as a promising therapeutic target for the motor and non-motor symptoms of PD, which will help counteract the neuroinflammatory and neurodegenerative processes.
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Affiliation(s)
- Nauana Somensi
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
| | - Samantha Cristiane Lopes
- Departamento de Farmacologia, Centro de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Campus Universitário, Florianópolis, SC, Brazil
| | - Juciano Gasparotto
- Instituto de Ciências Biomédicas - Universidade Federal de Alfenas, Rua Gabriel Monteiro da Silva, 700. CEP: 37130-001. Centro - Alfenas/MG, Alfenas, Minas Gerais, Brazil
| | - Rosângela Mayer Gonçalves
- Departamento de Farmacologia, Centro de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Campus Universitário, Florianópolis, SC, Brazil
| | - Camila Tiefensee-Ribeiro
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Daniel Oppermann Peixoto
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Pedro Ozorio Brum
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Cibele Martins Pinho
- Departamento de Farmacologia, Centro de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Campus Universitário, Florianópolis, SC, Brazil
| | - Jonathan Paulo Agnes
- Departamento de Farmacologia, Centro de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Campus Universitário, Florianópolis, SC, Brazil
| | - Lucas Santos
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Jade de Oliveira
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Fernando Spiller
- Departamento de Farmacologia, Centro de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Campus Universitário, Florianópolis, SC, Brazil
| | - José Cláudio Fonseca Moreira
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Alfeu Zanotto-Filho
- Departamento de Farmacologia, Centro de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Campus Universitário, Florianópolis, SC, Brazil
| | - Rui Daniel Prediger
- Departamento de Farmacologia, Centro de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Campus Universitário, Florianópolis, SC, Brazil
| | - Daniel Pens Gelain
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
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Brum PO, Viola GD, Saibro-Girardi C, Tiefensee-Ribeiro C, Brum MO, Gasparotto J, Krolow R, Moreira JCF, Gelain DP. Hypoxia-Inducible Factor-1α (HIF-1α) Inhibition Impairs Retinoic Acid-Induced Differentiation in SH-SY5Y Neuroblastoma Cells, Leading to Reduced Neurite Length and Diminished Gene Expression Related to Cell Differentiation. Neurochem Res 2021; 47:409-421. [PMID: 34557995 PMCID: PMC8827409 DOI: 10.1007/s11064-021-03454-3] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/27/2021] [Revised: 09/13/2021] [Accepted: 09/14/2021] [Indexed: 11/30/2022]
Abstract
Neuroblastoma is the most common extracranial solid tumour in childhood, originated from cells of the neural crest during the development of the Sympathetic Nervous System. Retinoids are vitamin-A derived differentiating agents utilised to avoid disease resurgence in high-risk neuroblastoma treatment. Several studies indicate that hypoxia—a common feature of the tumoural environment—is a key player in cell differentiation and proliferation. Hypoxia leads to the accumulation of the hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α). This work aims to investigate the effects of the selective inhibition of HIF-1α on the differentiation induced by retinoic acid in human neuroblastoma cells from the SH-SY5Y lineage to clarify its role in cell differentiation. Our results indicate that HIF-1α inhibition impairs RA-induced differentiation by reducing neuron-like phenotype and diminished immunolabeling and expression of differentiation markers.
Collapse
Affiliation(s)
- Pedro Ozorio Brum
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil. .,Max F. Perutz Labs, University of Vienna, Dr Bohr-Gasse 9, Room 4.510, 1030, Vienna, Austria.
| | - Guilherme Danielski Viola
- Laboratório de Medicina Genômica, Centro de Pesquisa Experimental, Hospital de Clínicas de Porto Alegre, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Carolina Saibro-Girardi
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Camila Tiefensee-Ribeiro
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | | | - Juciano Gasparotto
- Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Alfenas, Alfenas, MG, Brazil
| | - Rachel Krolow
- Laboratório de Programação Neurobiológica do Comportamento Alimentar, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - José Cláudio Fonseca Moreira
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Daniel Pens Gelain
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
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Gasparotto J, Senger MR, Telles de Sá Moreira E, Brum PO, Carazza Kessler FG, Peixoto DO, Panzenhagen AC, Ong LK, Campos Soares M, Reis PA, Schirato GV, Góes Valente WC, Araújo Montoya BO, Silva FP, Fonseca Moreira JC, Dal-Pizzol F, Castro-Faria-Neto HC, Gelain DP. Neurological impairment caused by Schistosoma mansoni systemic infection exhibits early features of idiopathic neurodegenerative disease. J Biol Chem 2021; 297:100979. [PMID: 34303703 PMCID: PMC8361297 DOI: 10.1016/j.jbc.2021.100979] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 1.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/06/2020] [Revised: 06/29/2021] [Accepted: 07/16/2021] [Indexed: 12/01/2022] Open
Abstract
Schistosomiasis, a neglected tropical disease caused by trematodes of the Schistosoma genus, affects over 250 million people around the world. This disease has been associated with learning and memory deficits in children, whereas reduced attention levels, impaired work capacity, and cognitive deficits have been observed in adults. Strongly correlated with poverty and lack of basic sanitary conditions, this chronic endemic infection is common in Africa, South America, and parts of Asia and contributes to inhibition of social development and low quality of life in affected areas. Nonetheless, studies on the mechanisms involved in the neurological impairment caused by schistosomiasis are scarce. Here, we used a murine model of infection with Schistosoma mansoni in which parasites do not invade the central nervous system to evaluate the consequences of systemic infection on neurologic function. We observed that systemic infection with S. mansoni led to astrocyte and microglia activation, expression of oxidative stress-induced transcription factor Nrf2, oxidative damage, Tau phosphorylation, and amyloid-β peptide accumulation in the prefrontal cortex of infected animals. We also found impairment in spatial learning and memory as evaluated by the Morris water maze task. Administration of anthelmintic (praziquantel) and antioxidant (N-acetylcysteine plus deferoxamine) treatments was effective in inhibiting most of these phenotypes, and the combination of both treatments had a synergistic effect to prevent such changes. These data demonstrate new perspectives toward the understanding of the pathology and possible therapeutic approaches to counteract long-term effects of systemic schistosomiasis on brain function.
Collapse
Affiliation(s)
- Juciano Gasparotto
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Mario Roberto Senger
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil; Laboratório de Bioquímica Experimental e Computacional de Fármacos, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, Brazil
| | - Emilio Telles de Sá Moreira
- Laboratório de Bioquímica Experimental e Computacional de Fármacos, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, Brazil
| | - Pedro Ozorio Brum
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Flávio Gabriel Carazza Kessler
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Daniel Oppermann Peixoto
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Alana Castro Panzenhagen
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Lin Kooi Ong
- Monash University Malaysia, School of Pharmacy, Bandar Sunway, Selangor, Malaysia; School of Biomedical Sciences and Pharmacy and the Priority Research Centre for Stroke and Brain Injury, The University of Newcastle, Australia, Callaghan, NSW, Australia
| | - Marlene Campos Soares
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Patricia Alves Reis
- Laboratório de Imunofarmacologia, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, Brazil
| | - Giuliana Viegas Schirato
- Laboratório de Bioquímica Experimental e Computacional de Fármacos, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, Brazil
| | - Walter César Góes Valente
- Laboratório de Bioquímica Experimental e Computacional de Fármacos, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, Brazil
| | - Bogar Omar Araújo Montoya
- Laboratório de Bioquímica Experimental e Computacional de Fármacos, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, Brazil
| | - Floriano P Silva
- Laboratório de Bioquímica Experimental e Computacional de Fármacos, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, Brazil
| | - José Claudio Fonseca Moreira
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Felipe Dal-Pizzol
- Laboratório de Fisiopatologia Experimental, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, Brazil
| | - Hugo C Castro-Faria-Neto
- Laboratório de Imunofarmacologia, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, Brazil
| | - Daniel Pens Gelain
- Departamento de Bioquímica, Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
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Tiefensee Ribeiro C, Peixoto DO, Santos L, Saibro-Girardi C, Brum PO, Carazza-Kessler FG, Somensi N, Behrens LMP, Bittencourt RR, Soares LS, Silveira AK, de Oliveira J, Moreira JCF, Gasparotto J, Gelain DP. Intranasal HSP70 administration protects against dopaminergic denervation and modulates neuroinflammatory response in the 6-OHDA rat model. Brain Behav Immun Health 2021; 14:100253. [PMID: 34589762 PMCID: PMC8474599 DOI: 10.1016/j.bbih.2021.100253] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/24/2020] [Revised: 03/22/2021] [Accepted: 03/28/2021] [Indexed: 11/17/2022] Open
Abstract
HSP70 is one of the main molecular chaperones involved in the cellular stress response. Besides its chaperone action, HSP70 also modulates the immune response. Increased susceptibility to toxic insults in intra- and extracellular environments has been associated with insufficient amounts of inducible HSP70 in adult neurons. On the other hand, exogenous HSP70 administration has demonstrated neuroprotective effects in experimental models of age-related disorders. In this regard, this study investigated the effects of exogenous HSP70 in an animal model of dopaminergic denervation of the nigrostriatal axis. After unilateral intrastriatal injection with 6-hydroxydopamine (6-OHDA), the animals received purified recombinant HSP70 through intranasal administration (2 μg/rat/day) for 15 days. Our results indicate a neuroprotective effect of intranasal HSP70 against dopaminergic denervation induced by 6-OHDA. Exogenous HSP70 improved motor impairment and reduced the loss of dopaminergic neurons caused by 6-OHDA. Moreover, HSP70 modulated neuroinflammatory response in the substantia nigra, an important event in Parkinson's disease pathogenesis. Specifically, HSP70 treatment reduced microglial activation and astrogliosis induced by 6-OHDA, as well as IL-1β mRNA expression in this region. Also, recombinant HSP70 increased the protein content of HSP70 in the substantia nigra of rats that received 6-OHDA. These data suggest the neuroprotection of HSP70 against dopaminergic neurons damage after cellular stress. Finally, our results indicate that HSP70 neuroprotective action against 6-OHDA toxicity is related to inflammatory response modulation.
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Affiliation(s)
- Camila Tiefensee Ribeiro
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Daniel Oppermann Peixoto
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Lucas Santos
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Carolina Saibro-Girardi
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Pedro Ozorio Brum
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Flávio Gabriel Carazza-Kessler
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Nauana Somensi
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Luiza Marques Prates Behrens
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Reykla Ramon Bittencourt
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Laíssa Santos Soares
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Alexandre Kleber Silveira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Jade de Oliveira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - José Cláudio Fonseca Moreira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Juciano Gasparotto
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Daniel Pens Gelain
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
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Bittencourt A, Brum PO, Ribeiro CT, Gasparotto J, Bortolin RC, de Vargas AR, Heimfarth L, de Almeida RF, Moreira JCF, de Oliveira J, Gelain DP. High fat diet-induced obesity causes a reduction in brain tyrosine hydroxylase levels and non-motor features in rats through metabolic dysfunction, neuroinflammation and oxidative stress. Nutr Neurosci 2020; 25:1026-1040. [PMID: 33078695 DOI: 10.1080/1028415x.2020.1831261] [Citation(s) in RCA: 8] [Impact Index Per Article: 2.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 01/12/2023]
Abstract
Obesity is a health problem that has been associated with neuroinflammation, decreased cognitive functions and development of neurodegenerative diseases. Parkinson's disease (PD) is a chronic neurodegenerative condition characterized by motor and non-motor abnormalities, increased brain inflammation, α-synuclein protein aggregation and dopaminergic neuron loss that is associated with decreased levels of tyrosine hydroxylase (TH) in the brain. Diet-induced obesity is a global epidemic and its role as a risk factor for PD is not clear. Herein, we showed that 25 weeks on a high-fat diet (HFD) promotes significant alterations in the nigrostriatal axis of Wistar rats. Obesity induced by HFD exposure caused a reduction in TH levels and increased TH phosphorylation at serine 40 in the ventral tegmental area. These effects were associated with insulin resistance, increased tumor necrosis factor-α levels, oxidative stress, astrogliosis and microglia activation. No difference was detected in the levels of α-synuclein. Obesity also induced impairment of locomotor activity, total mobility and anxiety-related behaviors that were identified in the open-field and light/dark tasks. There were no changes in motor coordination or memory. Together, these data suggest that the reduction of TH levels in the nigrostriatal axis occurs through an α-synuclein-independent pathway and can be attributed to brain inflammation, oxidative/nitrosative stress and metabolic disorders induced by obesity.
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Affiliation(s)
- Aline Bittencourt
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Pedro Ozorio Brum
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Camila Tiefensee Ribeiro
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Juciano Gasparotto
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Rafael Calixto Bortolin
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.,Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad de la Costa, Barranquilla, Atlántico, Colombia
| | - Amanda Rodrigues de Vargas
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Luana Heimfarth
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Roberto Farina de Almeida
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - José Claudio Fonseca Moreira
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Jade de Oliveira
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Daniel Pens Gelain
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
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Girardi CS, Rostirolla DC, Lini FJM, Brum PO, Delgado J, Ribeiro CT, Teixeira AA, Peixoto DO, Heimfarth L, Kunzler A, Moreira JCF, Gelain DP. Nuclear RXRα and RXRβ receptors exert distinct and opposite effects on RA-mediated neuroblastoma differentiation. Biochim Biophys Acta Mol Cell Res 2018; 1866:317-328. [PMID: 30529222 DOI: 10.1016/j.bbamcr.2018.11.014] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 0.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/17/2018] [Revised: 11/12/2018] [Accepted: 11/30/2018] [Indexed: 12/30/2022]
Abstract
Retinoic acid (RA) promotes differentiation in multiple neurogenic cell types by promoting gene reprogramming through retinoid receptors and also by inducing cytosolic signaling events. The nuclear RXR receptors are one of the main mediators of RA cellular effects, classically by joining the direct receptors of RA, the nuclear RAR receptors, in RAR/RXR dimers which act as transcription factors. Distinct RXR genes lead to RXRα, RXRβ and RXRγ subtypes, but their specific roles in neuronal differentiation remain unclear. We firstly investigated both RXRs and RARs expression profiles during RA-mediated neuronal differentiation of human neuroblastoma cell line SH-SY5Y, and found varying levels of retinoid receptors transcript and protein contents along the process. In order to understand the roles of the expression of distinct RXR subtypes to RA signal transduction, we performed siRNA-mediated silencing of RXRα and RXRβ during the first stages of SH-SY5Y differentiation. Our results showed that RXRα is required for RA-induced neuronal differentiation of SH-SY5Y cells, since its silencing compromised cell cycle arrest and prevented the upregulation of neuronal markers and the adoption of neuronal morphology. Besides, silencing of RXRα affected the phosphorylation of ERK1/2. By contrast, silencing of RXRβ improved neurite extension and led to increased expression of tau and synaptophysin, suggesting that RXRβ may negatively regulate neuronal parameters related to neurite outgrowth and function. Our results indicate distinct functions for RXR subtypes during RA-dependent neuronal differentiation and reveal new perspectives for studying such receptors as clinical targets in therapies aiming at restoring neuronal function.
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Affiliation(s)
- Carolina Saibro Girardi
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Ramiro Barcelos, 2600 - Anexo, Porto Alegre, RS CEP 90035-003, Brazil.
| | - Diana Carolina Rostirolla
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Ramiro Barcelos, 2600 - Anexo, Porto Alegre, RS CEP 90035-003, Brazil
| | - Fernanda Janini Mota Lini
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Ramiro Barcelos, 2600 - Anexo, Porto Alegre, RS CEP 90035-003, Brazil
| | - Pedro Ozorio Brum
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Ramiro Barcelos, 2600 - Anexo, Porto Alegre, RS CEP 90035-003, Brazil
| | - Jeferson Delgado
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Ramiro Barcelos, 2600 - Anexo, Porto Alegre, RS CEP 90035-003, Brazil
| | - Camila Tiefensee Ribeiro
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Ramiro Barcelos, 2600 - Anexo, Porto Alegre, RS CEP 90035-003, Brazil
| | - Alexsander Alves Teixeira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Ramiro Barcelos, 2600 - Anexo, Porto Alegre, RS CEP 90035-003, Brazil
| | - Daniel Oppermann Peixoto
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Ramiro Barcelos, 2600 - Anexo, Porto Alegre, RS CEP 90035-003, Brazil
| | - Luana Heimfarth
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Ramiro Barcelos, 2600 - Anexo, Porto Alegre, RS CEP 90035-003, Brazil
| | - Alice Kunzler
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Ramiro Barcelos, 2600 - Anexo, Porto Alegre, RS CEP 90035-003, Brazil
| | - José Cláudio Fonseca Moreira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Ramiro Barcelos, 2600 - Anexo, Porto Alegre, RS CEP 90035-003, Brazil
| | - Daniel Pens Gelain
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Ramiro Barcelos, 2600 - Anexo, Porto Alegre, RS CEP 90035-003, Brazil
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Somensi N, Brum PO, de Miranda Ramos V, Gasparotto J, Zanotto-Filho A, Rostirolla DC, da Silva Morrone M, Moreira JCF, Pens Gelain D. Extracellular HSP70 Activates ERK1/2, NF-kB and Pro-Inflammatory Gene Transcription Through Binding with RAGE in A549 Human Lung Cancer Cells. Cell Physiol Biochem 2017; 42:2507-2522. [PMID: 28848092 DOI: 10.1159/000480213] [Citation(s) in RCA: 51] [Impact Index Per Article: 7.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/19/2016] [Accepted: 06/15/2017] [Indexed: 11/19/2022] Open
Abstract
BACKGROUND/AIMS Heat shock protein 70 (HSP70) has been recently described with extracellular actions, where it is actively released in inflammatory conditions. Acting as DAMPs (damage associated molecular pattern), extracellular HSP70 (eHSP70) interacts with membrane receptors and activates inflammatory pathways. At this context, the receptor for advanced glycation endproducts (RAGE) emerges as a possible candidate for interaction with eHSP70. RAGE is a pattern-recognition receptor and its expression is increased in several diseases related to a chronic pro-inflammatory state. One of the main consequences of RAGE ligand-binding is the ERK1/2 (extracellular signal-regulated kinases)-dependent activation of NF-kB (nuclear factor kappa B), which leads to expression of TNF-α (tumor necrosis factor alpha) and other cytokines. The purpose of this work is to elucidate if eHSP70 is able to evoke RAGE-dependent signaling using A549 human lung cancer cells, which constitutively express RAGE. METHODS Immunoprecipitation and protein proximity assay were utilized to demonstrate the linkage between RAGE and eHSP70. To investigate RAGE relevance on cell response to eHSP70, siRNA was used to knockdown the receptor expression. Signaling pathways activation were evaluated by western blotting, gene reporter luciferase and real time quantitative PCR. RESULTS Protein eHSP70 shown to be interacting physically with the receptor RAGE in our cell model. Treatment with eHSP70 caused ERK1/2 activation and NF-κB transactivation impaired by RAGE knockdown. Moreover, the stimulation of pro-inflammatory cytokines expression by eHSP70 was inhibited in RAGE-silenced cells. Finally, conditioned medium of eHSP70-treated A549 cells caused differential effects in monocytes cytokine expression when A549 RAGE expression is inhibited. CONCLUSIONS Our results evidence eHSP70 as a novel RAGE agonist capable of influence the cross-talk between cancer and immune system cells.
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Affiliation(s)
- Nauana Somensi
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil.,Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Centro de Biotecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Pedro Ozorio Brum
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Vitor de Miranda Ramos
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Juciano Gasparotto
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Alfeu Zanotto-Filho
- Departamento de Farmacologia, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brazil
| | - Diana Carolina Rostirolla
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Maurilio da Silva Morrone
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - José Claudio Fonseca Moreira
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Daniel Pens Gelain
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil.,Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Centro de Biotecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
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