Studies on the role of calprotectin as a mediator of iron-induced inflammation with implications in Parkinson's disease

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Prada, Ana Rita dos Santos Lopes
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/41312
Resumo: Tese de mestrado, Biologia Molecular e Genética, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2019
id RCAP_c8bdee6372508febcd85d91c3b3eed27
oai_identifier_str oai:repositorio.ul.pt:10451/41312
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository_id_str 7160
spelling Studies on the role of calprotectin as a mediator of iron-induced inflammation with implications in Parkinson's diseaseCalprotectinaInflamaçãoFerroEnvelhecimento e alfa-sinucleínaTeses de mestrado - 2019Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências BiológicasTese de mestrado, Biologia Molecular e Genética, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2019A doença de Parkinson (DP) é a segunda doença neurodegenerativa mais comum, seguida pela doença de Alzheimer, e a sua prevalência aumenta significativamente com o aumento da idade. Os elementos que definem a DP são a presença de tremores, rigidez muscular e lentidão nos movimentos. No entanto, sintomas gastrointestinais também são comuns. Esta doença é caracterizada pela perda progressiva dos neurónios dopaminérgicos, presentes na substantia nigra do cérebro, a qual leva à formação de Lewy bodies, maioritariamente compostos por agregados de alfa-sinucleína (α-syn). Nos últimos anos a hipótese de que α-syn pode começar a sua agregação no intestino e só depois ser transportada para o cérebro, através de uma comunicação direta que existe entre os dois órgãos e mediada pelo nervo vago e pelos neurónios eferentes, tem sido cada vez mais considerada. Esta afirmação leva-nos a seguinte questão: será que a DP tem origem no intestino? É sabido que este órgão possui, em comum com o cérebro, várias características da DP, assim como inflamação, disrupção da barreira intestinal e acumulação de ferro. O aumento da concentração deste metal tem sido observado em ambos os órgãos, cérebro e intestino, em ratinhos de idade avançada e/ou induzidos com um modelo farmacológico da DP. O cross-talk entre o metabolismo do ferro e a inflamação levantou a hipótese de que a acumulação deste metal no intestino pode influenciar a gravidade da inflamação intestinal, sendo esta avaliada pela expressão de calprotectina (CP). CP é um heterodímero de duas proteínas, S100A8 e S100A9 e é essencialmente encontrada nos grânulos citoplasmáticos dos neutrófilos. A acumulação de ferro no intestino com o avanço da idade provoca a ativação da resposta imune que desencadeia a libertação da CP em circulação. Em doenças inflamatórias (DII), como a Doença de Crohn e retocolite ulcerativa, as concentrações de CP observadas nas fezes são elevadas. Na presença de cálcio, esta proteína possui a aptidão de sequestrar metais de transição, tais como o ferro. A capacidade da CP de se ligar ao ferro vem de encontro com a hipótese de que a CP pode atuar como eliminador de ferro. Noção esta suportada pelo facto desta proteína se ligar apenas à forma reduzida e mais reativa de ferro, i.e., Fe(II). O ambiente anaeróbico do intestino impede a oxidação do Fe(II) em Fe(III), tornando-o num compartimento perfeito para a ação da CP. Recentemente, foi relatado que a CP pode ligar o Fe(II) e bloquear a captação microbiana de Fe(II), privando as bactérias desse nutriente essencial. Esta informação apadrinha a ideia de que a CP pode influenciar a especiação redox de Fe, desempenhando um papel fisiológico na homeostase do ferro entre patógeno-hospedeiro. Como o Fe(II) também favorece a agregação de α-syn, a neutralização da reatividade do ferro pela CP pode impedir e/ou retardar o desenvolvimento da DP. Esta dissertação visou testar a conexão entre eventos inflamatórios no intestino, os níveis de CP e o desenvolvimento da DP. Sendo o envelhecimento o principal fator de risco para doenças neurodegenerativas, como a DP, este pode ser considerado um distúrbio inflamatório crônico subagudo. Aqui, demonstramos um aumento de inflamação durante o envelhecimento, observando o aumento dos níveis de interleucina 6 (IL-6), uma citocina pro-inflamatória envolvida na resposta inflamatória aguda, em ratinhos mais velhos. Paralelamente ocorre um aumento da permeabilidade intestinal e da acumulação de ferro no intestino nestes animais, o que apoia a hipótese de que este órgão possui inúmeras características, em comum com o cérebro, que caracterizam a patologia da DP. A análise da expressão génica de genes reguladores do metabolismo do ferro, tais como Ferritin heavy chain (FtH), Ferritin light chain (FtL), divalent metal transporter 1 (DMT-1), Transferrin receptor protein 1 (TfR-1) e Ferroportin (FPN), demonstraram um aumento padrão em animais idosos (52-60 semanas de idade). Como a maior parte do ferro está contido na molécula de protoporfirina do grupo heme, a expressão da enzima degradadora do heme, hemo oxigenase 1 (HO-1), também foi avaliada, observando-se o mesmo padrão. Esta desregulação permite-nos concluir que a acumulação de ferro influencia a homeostase do ferro e o seu armazenamento no intestino. Os resultados in vivos indicam que o stress oxidativo, é presumivelmente impulsionado por um aumento da acumulação de ferro no intestino. Assim, estes resultados validam a hipótese de que a acumulação de ferro pode aumentar a inflamação e que esta elevada concentração de ferro pode impulsionar o stress oxidativo. A CP é uma proteína produzida em resposta a estímulos inflamatórios, e a pesar da sua função como quelante de ferro ainda não estar estabelecida é uma ideia proeminente. A expressão desta proteína é mais elevada em ratinhos idosos, realçando o fato de que o aumento da idade amplifica a inflamação. Para reforçar estes resultados, injetamos intraperitonealmente CP previamente purificada e observamos uma diminuição nos níveis de ferro no intestino em animais velhos que foram injetados, o que demonstra que esta proteína possui potencial eliminador de ferro. A associação entre a CP e o ferro foi então demonstrada através da avaliação da expressão desta proteína em ratinhos tratados com heme. Tendo em conta que o heme possui um efeito pré-inflamatório, mimetiza, de certa forma, o que acontece durante o envelhecimento. Os níveis de CP são superiores em ratinhos novos injetados com heme, em comparação com os mais velhos, uma vez que atua como eliminador do ferro, e as injeções repetitivas de heme provavelmente saturaram a sua capacidade de ligação. Estes resultados são importantes porque demonstram uma associação entre o aumento da acumulação de ferro no intestino e a maior suscetibilidade a doenças neurodegenerativas, como a DP. O MPTP é uma neurotoxina que destrói os neurónios dopaminérgicos da substantia nigra do cérebro, resultando em sintomas permanentes, característicos da DP. Esta é uma estratégia que tem sido usada para estudar os modelos desta doença em vários estudos com animais. Os animais mais velhos, possuem uma certa inflamação crónica, que lhes é oferecida devido ao avanço da idade. Assim, possuem níveis de CP reduzidos em comparação com os ratinhos novos, o que se justifica pelo fato de estarem sujeitos a um aumento mais reduzido nos níveis de inflamação. A Deferiprona é um fármaco quelante de ferro, usado para diminuir a acumulação de ferro no intestino e é muitas vezes usado como estratégia terapêutica para prevenir a morte celular programada mediada por ferro, também conhecida como ferroptose. A relevância do ferro nesta doença neurodegenerativa é demonstrada pelos resultados bem-sucedidos obtidos em pacientes com DP em terapia como quelantes de ferro, como a deferiprona, que está agora em estudo clínico de Fase II na maioria dos países do mundo. De facto, a exposição de ratinhos, conhecidos por apresentar maior risco de desenvolvimento de DP, como os mais idosos, após tratamento com deferiprona, leva a uma diminuição significativa da acumulação de ferro. O que nos permitiu concluir que, a inflamação intestinal diminui com o tratamento, como atestado pelos baixos níveis de CP determinados. Como já foi referido, a acumulação de α-syn é a principal responsável pelo desenvolvimento da DP. Assim, a injeção de α-syn previamente purificada em animais jovens permitiu-nos demonstrar um padrão inflamatório causado pela presença desta proteína. No entanto, será necessária a realização de mais experiências para compreender os níveis diminuídos de CP na presença de heme. A administração exógena de CP em animais mais velhos, conduziu a uma diminuição nos níveis de ferro no intestino em comparação com os animais não injetados. A administração de CP em ratinhos velhos levou a uma diminuição da rutura epitelial intestinal, que como se sabe é um fator crucial para distúrbios inflamatórios. Estes resultados, permitam considerar a CP como um potencial biomarcador de inflamação intestinal e como ferramenta prognóstica do início da DP causada pela inflamação intestinal. Em suma, os nossos resultados realçam a hipótese da existência de uma sinalização que ocorre entre o intestino e o sistema nervoso central. O envelhecimento é um dos principais riscos para o desenvolvimento de doenças neurodegenerativas e um dos fatores impulsionadores de inflamação intestinal, através da acumulação de ferro e aumento da permeabilidade intestinal, no cérebro e intestino. Os ossos resultados mostram que a inflamação está correlacionada com o aumento da acumulação de ferro no intestino e pela presença de α-syn. Os níveis de CP permitem-nos prever a presença de inflamação intestinal e a gravidade da DP, correlacionando-se com a presença de agregados α-syn no intestino. Finalmente, a restauração dos níveis adequados de CP pode reduzir a incidência de DP e / ou retardar a progressão desta, já que atua como eliminador de ferro. Estes são resultados promissores que apoiam a capacidade da CP em atuar como biomarcador de inflamação intestinal induzida pelo ferro no desenvolvimento da DP. Estudos mais aprofundados acerca da interação entre a CP, ferro e α-syn serão realizados no futuro, com vista a explicar os baixos níveis de CP na presença de heme e α-syn. Este trabalho permitiu-nos concluir que a CP tem relevância como mediador de inflamação provocada por ferro e como como método preventivo do desenvolvimento da DP, ideias que adicionam conhecimentos a um campo ainda pouco desenvolvido.The accumulation of alpha-synuclein (α-syn) aggregates in the brain, known as Lewy bodies, has been associated with the development of Parkinson's disease (PD), a neurodegenerative disorder characterized by the loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. In the recent years, the hypothesis that α-syn might start aggregating in the gut and then transported to the brain, through the direct communication existing between these two organs and mediated by the vagal nerve and efferent neurons, is taken more and more into consideration. This leads to the question of whether PD originates in the gut. Indeed, this compartment shares with the brain several features that characterize the pathogenesis of PD, such as inflammation, barriers disruption and iron accumulation. Increasing concentration of this metal has been observed in both the gut and the brain of mice with advancing age and/or induced with a pharmacological model of PD. The cross-talk between iron metabolism and inflammation allowed hypothesizing that an enhanced accumulation of this metal in the gut could influence the severity of gut inflammation, assessed by the expression of calprotectin (CP). This is one of the most abundant pro-inflammatory cytokines in the gut, a heterodimer formed by S100A8 and S100A9 subunits. The increased level of calprotectin in conditions characterized by chronic gut inflammation led this protein to become a prognostic and diagnostic marker for gut inflammatory syndromes. Interestingly, the ability of CP to bind Iron allows hypothesizing that CP might act as iron scavenger. This notion is supported by the observation that this protein binds only the reduced and most reactive form of iron, i.e. Fe(II). The anaerobic environment of the gut impedes the oxidation of Fe(II) to Fe(III), thus turning this a perfect compartment for CP to work. Since Fe(II) also favours the aggregation of α-syn, the neutralization of iron reactivity by CP, might prevent and/or delay the development of PD. Our results demonstrate that aging leads to increased iron concentration in the gut, inflammation and increased intestinal permeability. Consequently, inflammation leads to increased release of CP, which acts as an iron scavenger, binding Fe in its reactive form. Its expression increases in the presence of α-syn, probably synergistically, indicating a relationship between the two proteins. These are promising results supporting the ability of CP as a biomarker of iron-induced intestinal inflammation in the development of Parkinson's disease as a preventive method for the development of PD.Gomes, Cláudio M.Gozzelino, RaffaellaRepositório da Universidade de LisboaPrada, Ana Rita dos Santos Lopes2021-10-30T00:30:25Z201920192019-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/41312TID:202380572enginfo: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:RCAAP2023-11-08T16:40:40Zoai:repositorio.ul.pt:10451/41312Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:54:36.110382Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
dc.title.none.fl_str_mv Studies on the role of calprotectin as a mediator of iron-induced inflammation with implications in Parkinson's disease
title Studies on the role of calprotectin as a mediator of iron-induced inflammation with implications in Parkinson's disease
spellingShingle Studies on the role of calprotectin as a mediator of iron-induced inflammation with implications in Parkinson's disease
Prada, Ana Rita dos Santos Lopes
Calprotectina
Inflamação
Ferro
Envelhecimento e alfa-sinucleína
Teses de mestrado - 2019
Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências Biológicas
title_short Studies on the role of calprotectin as a mediator of iron-induced inflammation with implications in Parkinson's disease
title_full Studies on the role of calprotectin as a mediator of iron-induced inflammation with implications in Parkinson's disease
title_fullStr Studies on the role of calprotectin as a mediator of iron-induced inflammation with implications in Parkinson's disease
title_full_unstemmed Studies on the role of calprotectin as a mediator of iron-induced inflammation with implications in Parkinson's disease
title_sort Studies on the role of calprotectin as a mediator of iron-induced inflammation with implications in Parkinson's disease
author Prada, Ana Rita dos Santos Lopes
author_facet Prada, Ana Rita dos Santos Lopes
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Gomes, Cláudio M.
Gozzelino, Raffaella
Repositório da Universidade de Lisboa
dc.contributor.author.fl_str_mv Prada, Ana Rita dos Santos Lopes
dc.subject.por.fl_str_mv Calprotectina
Inflamação
Ferro
Envelhecimento e alfa-sinucleína
Teses de mestrado - 2019
Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências Biológicas
topic Calprotectina
Inflamação
Ferro
Envelhecimento e alfa-sinucleína
Teses de mestrado - 2019
Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências Biológicas
description Tese de mestrado, Biologia Molecular e Genética, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2019
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019
2019
2019-01-01T00:00:00Z
2021-10-30T00:30:25Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10451/41312
TID:202380572
url http://hdl.handle.net/10451/41312
identifier_str_mv TID:202380572
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron:RCAAP
instname_str Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
collection Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository.name.fl_str_mv Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1799134485487288320

Registros relacionados