Role of Insulin and Igf-1 in Energy Metabolism in Huntington’s Disease: Studies in Cortical and Striatalneurons from Yac128 Transgenic Mice and Human Lymphoblasts

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Naia, Luana Carvalho
Data de Publicação: 2010
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10348/700
Resumo: A doença de Huntington (HD) é uma doença autossómica neurodegenerativa progressiva, caracterizada pela perda de coordenação motora, défice cognitivo e distúrbios psiquiátricos, afectando cerca de um em cada 100,000 indivíduos. A HD envolve uma perda selectiva dos neurónios espinhosos médios do estriado, como consequência de uma repetição da expansão de trinucleótido CAG (que codifica para glutamina) na proteína huntingtina (Htt), formando-se agregados e inclusões intranucleares com a progressão da doença. Tendo em conta as evidências da literatura que referem que a insulina e o factor de crescimento insulínico de tipo 1 (IGF-1) podem ter um potencial terapêutico na HD, colocou-se a hipótese que ambos os factores tróficos poderiam prevenir alterações na glicólise e na sinalização intracelular associadas à HD, mediadas pelos receptores de insulina e de IGF-1 (IR e IGF-1R, respectivamente). Assim, o objectivo deste estudo consistiu na avaliação das alterações metabólicas e da sinalização celular induzidas pela expressão da Htt humana mutante e os efeitos da exposição da insulina versus IGF-1 em neurónios do sistema nervoso central e células do sistema periférico. Assim, utilizaram-se neurónios corticais e estriatais derivados do murganho transgénico YAC128 (contendo o gene HD humano com 128 repetições CAG) versus o murganho wild-type (WT) e linhas celulares de linfoblastos humanos de pacientes HD e indivíduos controlo. Observou-se uma elevada capacidade redutora dos neurónios corticais de murganhos YAC128, comparada com os murganhos WT, determinada pelo ensaio de Alamar blue (AB). A adição de 56 mM de glucose (24 h) aos neurónios WT aumentou a redução da resazurina, sugerindo um aumento da capacidade redutora neuronal. Contudo, estes resultados não foram observados nos neurónios mutantes, sugerindo a ocorrência de alterações nas vias metabólicas devido à expressão da Htt mutante. Nesta perspectiva, observou-se um decréscimo significativo dos níveis de ATP e um aumento dos níveis de AMP nos neurónios corticais do murganho YAC128. A disfunção da glicólise nos neurónios corticais de YAC128 foi também confirmada por uma diminuição significativa dos níveis de lactato. É de realçar que os níveis de ATP foram aparentemente normalizados nos neurónios de murganhos YAC128 relativamente aos WT após a exposição à insulina (1 nM) ou IGF-1 (1 nM), durante 48 h. Nos neurónios estriatais não ocorreram alterações nos níveis de ATP ou na capacidade redutora entre células obtidas de murganhos YAC128 e WT. Os linfoblastos dos pacientes HD também apresentaram uma tendência para uma diminuição nos níveis de ATP, comparativamente aos linfoblastos controlo. Não obstante, os níveis de lactato apresentaram-se significativamente elevados em linfoblastos de pacientes HD, sugerindo uma estimulação da glicólise, que normalmente ocorre em células que apresentam disfunção mitocondrial. O tratamento com insulina ou IGF-1 também pareceu restabelecer os níveis de ATP e lactato. Relativamente às vias de sinalização intracelular, verificou-se uma tendência para um decréscimo nos níveis de fosforilação e consequente activação dos IR/IGF-1R, 44p e 42p ERK em linfoblastos de pacientes HD, recuperada após adição de insulina ou IGF-1 (0.1 nM; 24 h). Estes resultados sugerem que a disfunção metabólica associada à HD possui algumas características paralelas em culturas primárias de neurónios corticais dos murganhos YAC128 e em linfoblastos de pacientes HD. Adicionalmente, o tratamento com insulina e IGF-1 poderá prevenir a disfunção metabólica na HD.
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Tendo em conta as evidências da literatura que referem que a insulina e o factor de crescimento insulínico de tipo 1 (IGF-1) podem ter um potencial terapêutico na HD, colocou-se a hipótese que ambos os factores tróficos poderiam prevenir alterações na glicólise e na sinalização intracelular associadas à HD, mediadas pelos receptores de insulina e de IGF-1 (IR e IGF-1R, respectivamente). Assim, o objectivo deste estudo consistiu na avaliação das alterações metabólicas e da sinalização celular induzidas pela expressão da Htt humana mutante e os efeitos da exposição da insulina versus IGF-1 em neurónios do sistema nervoso central e células do sistema periférico. Assim, utilizaram-se neurónios corticais e estriatais derivados do murganho transgénico YAC128 (contendo o gene HD humano com 128 repetições CAG) versus o murganho wild-type (WT) e linhas celulares de linfoblastos humanos de pacientes HD e indivíduos controlo. 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Nos neurónios estriatais não ocorreram alterações nos níveis de ATP ou na capacidade redutora entre células obtidas de murganhos YAC128 e WT. Os linfoblastos dos pacientes HD também apresentaram uma tendência para uma diminuição nos níveis de ATP, comparativamente aos linfoblastos controlo. Não obstante, os níveis de lactato apresentaram-se significativamente elevados em linfoblastos de pacientes HD, sugerindo uma estimulação da glicólise, que normalmente ocorre em células que apresentam disfunção mitocondrial. O tratamento com insulina ou IGF-1 também pareceu restabelecer os níveis de ATP e lactato. Relativamente às vias de sinalização intracelular, verificou-se uma tendência para um decréscimo nos níveis de fosforilação e consequente activação dos IR/IGF-1R, 44p e 42p ERK em linfoblastos de pacientes HD, recuperada após adição de insulina ou IGF-1 (0.1 nM; 24 h). Estes resultados sugerem que a disfunção metabólica associada à HD possui algumas características paralelas em culturas primárias de neurónios corticais dos murganhos YAC128 e em linfoblastos de pacientes HD. Adicionalmente, o tratamento com insulina e IGF-1 poderá prevenir a disfunção metabólica na HD.Huntington’s disease (HD) is an autosomal progressive neurodegenerative disorder, characterized by an age-dependent loss in motor coordination, cognitive impairment and psychiatric disturbances. It affects about one in 100,000 individuals. HD neuropathology involves the selective death of striatal medium-sized spiny neurons, as a consequence of an expansion of CAG repeats (that encodes for glutamine) in the huntingtin (Htt) protein, forming aggregates and intranuclear inclusions as the disease progresses. Based on the literature suggesting that insulin and particularly insulin-like growth factor-1 (IGF-1) may offer potential therapeutic protection against HD, we hypothesized that both trophic factors may prevent HD-associated changes in glycolysis and intracellular signaling mediated by the insulin and/or IGF-1 receptors (IR and IGF-1R, respectively). So, the objective of this study was to evaluate the cellular metabolic and signaling changes induced by expression of human mutant Htt and the in vitro effect of insulin versus IGF-1 in both central neurons and peripheral cells. Thus, we used cortical and striatal neurons derived from YAC128 transgenic mice (containing the human HD gene with 128 CAG repeats) versus wild-type (WT) mice and human lymphoblast cell lines derived from control individuals or HD patients. We observed a higher reducing capacity of cortical neurons from YAC128, compared with WT mice, as determined by the Alamar blue (AB) assay. Addition of 56 mM glucose (24 h) to WT neurons increased the reduction of resazurin, suggesting increased neuronal reducing capacity. However, this was not observed in mutant neurons, suggesting the occurrence of changes in metabolic pathways due to expression of mutant Htt. Accordingly, ATP levels were significantly reduced and AMP levels were increased in cortical neurons from YAC128 mice. Impaired glycolysis in cortical neurons from YAC128 mice was further confirmed by a significant decrease in lactate levels. Importantly, ATP levels appeared to be normalized in YAC128 mice relatively to neurons from WT mice after incubation with insulin (1 nM) or IGF-1 (1 nM), during 48 h. In striatal neurons, no significant changes were observed in both ATP levels and reducing capacity, between YAC128 and WT cells. Lymphoblasts from HD patients also showed a tendency for a decrease in ATP levels, compared with control lymphoblasts. Nevertheless, lactate levels were significantly elevated in HD patients’ lymphoblasts, suggesting a stimulation of glycolysis, which usually occurs in cells with dysfunctional mitochondria. Insulin or IGF-1 treatment (0.1 nM; 24 h) of HD lymphoblasts also appeared to restore both ATP and lactate levels. Regarding the signaling pathways, there was a tendency for a decrease in phosphorylation levels and thus activity of IR/IGF-1R, 44p and 42p ERK in HD patients, which was recovered upon addition of insulin and IGF-1. Data presented herein suggest that HD-associated metabolic dysfunction presents some parallel features in primary cortical neurons from YAC128 mice and in human lymphoblasts from HD patients. Additionally, insulin and IGF-1 treatment may prevent metabolic impairment in HD.2011-10-14T11:58:18Z2010-01-01T00:00:00Z2010info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10348/700engNaia, Luana Carvalhoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-02-02T12:46:43Zoai:repositorio.utad.pt:10348/700Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T02:04:15.291150Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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