Modulation of mitochondrial stress response by sestrin 2

• Autor(a) principal: Rodrigues, Maria Carolina Costa e Santos Baptista
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/15410
• topic: Biologia; Mitocôndrias; Homeostase; Stresse oxidativo; Metabolismo celular; Envelhecimento; Diabetes; Obesidade

As mitocôndrias são organelos altamente dinâmicos com um papel crucial na homeostase celular. Uma rede de mitocôndrias funcionais é mantida por processos de biogénese e mitofagia, regulando desta forma o conteúdo e o metabolismo mitocondriais. Espécies reactivas de oxigénio (ROS) são formadas como consequência do processo normal de fosforilação oxidativa mitocondrial, desempenhando um papel importante na sinalização redox e regulação da função celular. Um aumento ligeiro na formação de ROS mitocondrial desencadeia o fenómeno de hormese mitocondrial, uma resposta adaptativa ao estado metabólico celular, ao stress e outros sinais intracelulares ou ambientais. Este mecanismo induz maior resistência a um stress posterior, tendo por isso efeitos benéficos para a saúde. Compostos que são tóxicos em doses maiores são conhecidos por induzir adaptações mitocondriais em doses mais baixas. O excesso de equivalentes redutores fornecidos à cadeia transportadora de electrões (ETC) em condições de sobrenutrição/inactividade física ou danos acumulados/defesas antioxidantes mais baixas associadas com o envelhecimento, causam um aumento nas taxas de produção de ROS, provocando stresse oxidativo e danos irreversíveis em proteínas, lípidios e DNA. A disfunção mitocondrial resultante é permanente e compromete o estado energético de todo o organismo, aumentando a susceptibilidade a lesões, provocando a aceleração do envelhecimento e desenvolvimento de doenças metabólicas, tais como a resistência à insulina e fígado gordo. Um dos principais reguladores do sistema de defesa antioxidante celular é a Sestrina 2 (SESN2), induzida em condições de stress. A diminuição da actividade da SESN2 está associada a um aumento de danos oxidativos, disfunção mitocondrial, degeneração muscular e acumulação de gordura, resultando num envelhecimento mais rápido dos tecido. No entanto, os mecanismos pelos quais a SESN2 afecta as funções mitocondriais não estão definidos. A compreensão dos mecanismos moleculares e de como a SESN2 afecta a mitocôndria, pode fornecer novas pistas para alvos terapêuticos, a fim de atenuar e prevenir o envelhecimento e as patologias relacionadas com a obesidade. Tendo em conta isto, este trabalho teve como objectivo avaliar se a SESN2 medeia uma resposta mitocondrial adaptativa protectora, desencadeada pela exposição de células C2C12 a menadiona, um estimulador da formação de aniões superóxido. Adicionalmente, e tendo em conta que a Sirtuina 1 (SIRT1) é um conhecido sensor metabólico e regulador da função mitocondrial, este estudo avaliou de que forma a modulação de SIRT1 afecta a SESN2 no contexto de fígado gordo induzido por uma dieta rica em gordura. Os resultados obtidos mostram um efeito da menadiona, dependente da dose, na viabilidade celular e a função mitocondrial. O tratamento com 10 μM de menadiona durante 1 h não alterou a formação de ROS, redução do MTT e o potencial de membrana mitocondrial, como avaliado 24 e 48 horas após a remoção de menadiona. No entanto, a exposição de células C2C12 a 30 μM menadiona durante 1 h, resultou no aumento da formação de ROS, diminuiu a redução do MTT e o potencial de membrana mitocondrial. Um aumento no conteúdo de SESN2 foi observado após 10 h de exposição a 10 μM de menadiona durante 1 h, enquanto 30 μM de menadiona resultou na diminuição do conteúdo em SESN2. Estes resultados sugerem que a indução de SESN2 por stress moderado, induzido pela menadiona, pode activar uma resposta mitocondrial protetora que preserva a viabilidade celular. O silenciamento da SESN2 com siRNA resultou num aumento da morte celular, bem como numa diminuição no potencial de membrana mitocondrial induzida por ambas as concentrações de menadiona, sendo mais drásticas as alterações induzidas por 30 μM. Na presença de SESN2, a exposição a menadiona causou um aumento no padrão pontuado de distribuição de LC3, indicando a indução de autofagia. Contrariamente, a depleção de SESN2 com siRNA resultou numa diminuição da pontuação de LC3, quer em condições controlo quer após a exposição a menadiona. Colectivamente estes resultados sugerem que o stress moderado provocado pela menadiona induz a SESN2 e activa autofagia/mitofagia como uma estratégia de sobrevivência celular. A ausência de SESN2 resultou na acumulação de dano mitocondrial induzido por ROS e consequente diminuição da viabilidade celular. Em relação ao impacto da modulação da SIRT1 na SESN2, os resultados obtidos mostram que a expressão hepática do factor de transcrição c/EBPα (proteína alfa potenciadora de ligação CCAAT) foi estimulada pela dieta rica em gordura (HFD) e reduzida pelo tratamento com resveratrol, um activador da SIRT1. Em ratinhos sem SIRT1 (SIRT1 - KO) a expressão c/EBPα estava diminuída comparativamente ao controlo. A expressão hepática de SESN2 apresentou-se reduzida em animais HFD e SIRT1 - KO. O tratamento com resveratrol, em animais controlo, preveniu a diminuição da SESN2 induzida por HFD. A expressão de KEAP1 (proteína kelch 1 associada a ECH) também se verificou dependente de SIRT1, sendo que, em ratinhos SIRT1-KO, o tratamento com resveratrol não induziu nenhuma alteração em KEAP1. A degradação de KEAP1 é promovida pela SESN2, permitindo a translocação de Nrf2 (factor nuclear derivado de eritróide 2) para o núcleo e, consequentemente, a indução de genes antioxidantes. A expressão hepática de Nrf2 não foi afetada pela modulação de SIRT1. O envelhecimento diminuiu a expressão de todos os genes estudados. Em conclusão, este trabalho demonstrou que a indução de SESN2 por stress ou compostos promotores de homeostase mitocondrial, como o resveratrol, aumenta a tolerância mitocondrial ao dano, através da modulação da autofagia/mitofagia. A estimulação da eliminação de mitocôndrias lesadas pela SESN2, pode ser uma via para evitar a acumulação de danos e, portanto, resultar num aumento da tolerância à sobrenutrição e ao envelhecimento.