ABSTRACT
SUMMARY Introduction: Parkinson's disease (PD) is a neurological disorder associated with the selective loss of dopaminergic (DAergic) neurons. Clinical data suggest that oxidative stress (OS) and dysregulation of glucose (G) metabolism are early events in PD. However, no data are available to explain the molecular connection between glucose metabolism, OS, and neuronal demise in PD. Human lymphocytes share a similar dopaminergic signaling mechanism with DAergic neurons. Further, rotenone (ROT) is a mitochondrial complex I inhibitor that selectively induces apoptosis through OS in dopaminergic neurons and lymphocytes. Thus, to test the hypothesis that G metabolism and OS are linked in dopaminergic system toxicity and PD, human lymphocytes were cultured with ROT in the presence or absence of various concentrations of glucose. Objective: This study examines the response of human lymphocytes to glucose (11, 55, 166, 277, 555 mM G) in the absence or presence of ROT (250 microM). Methods: Light and fluorescence microscopy and immunocytochemistry techniques were used to evaluate morphological and biochemical changes in human lymphocytes. Results: 55 mM G was effective in suppressing ROT-induced apoptosis in lymphocytes via 5 pathways: (i) pentose phosphate pathway (PPP), (ii) glutathione (GSH) pathway, (iii) superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) antioxidant systems, and (iv) Phosphoinositide 3-kinase (PI3-K) signaling. Additionally, we report for the first time that G rescued lymphocytes from ROT-induced apoptosis by (v) activating NF-kB and down-regulating p53 and caspase-3. Signaling (e.g., LY294002) and metabolic inhibitors of these pathways (e.g., dehydroepiandrosterone (DHEA), L-buthioninesulfoximine (BSO), 1,3-Bis (2-chloroethyl)-1-nitrosourea (BCNU), mercaptosuccinic acid (MS), 3-amino-1,2,4- triazole (AT), sodium diethyldithiocarbamate (DDC)) only partially reversed the protective effect of 55 mM G on lymphocytes exposed to ROT. Conclusion: These data suggest that high G simultaneously triggers cellular signaling and antioxidant systems to ensure global cell protection against stressful conditions in DAergic.
RESUMEN Introducción: la enfermedad de Parkinson (EP) es un trastorno neurológico asociado con la pérdida selectiva de neuronas dopaminérgicas (DAérgicas). Datos clínicos sugieren que el estrés oxidativo (EO) y la desregulación del metabolismo de la glucosa (G) son eventos tempranos en la EP. Sin embargo, no existe información que explique la posible asociación molecular entre el metabolismo de la glucosa, el EO y la muerte neuronal. Los linfocitos humanos comparten mecanismos de señalización DAérgicos comunes. Más aún, la rotenona (ROT) es un inhibidor que selectivamente induce apoptosis vía EO en neuronas DAérgicas y linfocitos. Para evaluar la hipótesis que el metabolismo de la G y el EO están asociados con la toxicidad del sistema DAérgicas y EP, se cultivaron linfocitos humanos con ROT en presencia o ausencia de varias concentraciones de G. Objetivo: este estudio examina la respuesta de los linfocitos a G (11, 55, 166, 277, 555 mM) en ausencia o presencia de ROT (250 microM). Métodos: se utilizaron técnicas de microscopía de luz y fluorescencia e inmunocitoquímica para evaluar los cambios morfológicos y bioquímicos de los linfocitos. Resultados: la G 55 mM fue eficaz en suprimir la apoptosis en linfocitos inducida por ROT vía activación de 5 rutas metabólicas: (i) la vía pentosa fosfato, (ii) la vía glutatión; (iii) los sistemas antioxidantes superóxido dismutasa (SOD) y catalasa (CAT); (iv) fosfoinositol 3 cinasa (PI3-K). Además, se observó por primera vez que la G rescata linfocitos de la apoptosis inducida por ROT vía (v) activación del factor nuclear kappa-B (NFkB) y por regulación a la baja de p53 y de la caspasa-3. Se demostró que los inhibidores de señalización (v.gr. LY294002) e inhibidores metabólicos (v.gr. DHEA, BSO, BCNU, MS, DCC) revierten parcialmente los efectos citoprotectores de la G 55 mM en linfocitos expuestos a ROT. Conclusión: estos hallazgos sugieren que la alta concentración de G induce simultáneamente sistemas de señalización y antioxidantes para asegurar la protección global de la célula contra condiciones estresantes en células DAérgicas.
RESUMO Introdução: a doença de Parkinson (PD) é uma desordem neurológica associada a perda seletiva de neurônios dopaminérgicos (Daergicas). Dados clínicos sugerem que o estresse oxidativo (EO) e a desregulação do metabolismo da glicose (G) são eventos iniciais no PD. No entanto, não há nenhuma informação que explica a possível associação molecular entre o metabolismo da glicose, EO e morte neuronal. Linfócitos humanos compartilham comum Daergicos mecanismos de sinalização. Além disso, a rotenona (ROT) é um inibidor que seletivamente induz apoptose através de EO nos neurônios Daergicas e linfócitos. Para avaliar a hipótese de que o metabolismo do G e EO estão associadas com a toxicidade do Daergicas e sistema de EP, linfócitos humanos com ROT foram cultivados na presença ou ausência de várias concentrações de G. Objetivo: este estudo analisa a resposta dos linfócitos a G (55 11, 166, 277, 555 mM) na ausência ou presença de podridão (250 microM). Métodos: luz e imunocitoquímica, microscopia de fluorescência foram utilizadas técnicas para avaliar as alterações morfológicas e bioquímicas de linfócitos. Resultados: a 55mM G foi eficaz em suprimir a apoptose em linfócitos induzidos por (ROT) a través da ativação de 5 vias metabólicas: (i) a través do fosfato de pentose, (ii) a través de glutationa; (iii) a superóxido dismutase de antioxidante (SOD) e catalase (CAT) sistemas; (iv) Phosphoinositide 3 cinase (PI3-K). Além disso, foi observada pela primeira vez que o G resgata a apoptose de linfócitos induzida por (ROT) via ativação (v) por fator nuclear kappa-B, (NF-kB) e por regulação por baixo de p53 e Caspase-3. Mostrou que inibidores (por exemplo, LY294002), inibidores de sinalização e metabólicos (por exemplo, DHEA, BSO, BCNU, MS, DCC) reverteu parcialmente os efeitos dos tilacoides do G 55 mM de linfócitos expostos à (ROT). Conclusão: estes resultados sugerem que a alta concentração de G induz simultaneamente antioxidantes e sistemas de sinalização para garantir a proteção global da célula de condições estressantes nas células Daergicas.
Subject(s)
Humans , Parkinson Disease , Lymphocytes , Glucose , Nervous System Diseases , MicroscopyABSTRACT
Las enfermedades de Alzheimer familiar (EAF) y de Parkinson familiar (EPF) son dos entidades neurodegenerativas progresivas que afectan a un grupo numeroso de individuos en el departamento de Antioquia, Colombia. Hasta el presente no existe un tratamiento eficaz y definitivo que reduzca, o detenga, el deterioro clinicopatológico que padecen los pacientes de estas devastadoras enfermedades neurodegenerativas. Por estas razones, los procesos bioquímicos comprometidos en la pérdida neuronal han sido esencialmente estudiados en modelos biológicos. Los autores de este artículo, basados en su propia experiencia y en la de otros investigadores, postulan a los linfocitos como modelo celular de estudio para dilucidar las señales moleculares intracelulares activadas por el en las enfermedades de Alzheimer y Parkinson. Sorprendentemente, los linfocitos poseen una similitud celular y bioquímica con las células nerviosas. De hecho, los linfocitos expresan por lo menos 6 sistemas biológicos, considerados como pertenecientes únicamente a las neuronas, tales como los sistemas catecolaminérgico, serotonérgico, acetilcolinérgico, glutamaérgico, noradrenérgico, gabaérgico. Debido a que los linfocitos son células con ciclo celular en la etapa Go, y presentan los sistemas metabólicos de síntesis, transporte y procesamiento de las proteínas precursora del beta-amiloide (APP), presenilinas y parkina, estas células constituyen un modelo celular ideal que permitirá una mejor comprensión de la señalización patológica de los procesos neurodegenerativos, y además permitirá realizar un enfoque racional de los diseños terapéuticos que detengan las causas de deterioro neuronal en los pacientes que padecen estas enfermedades.
Alzheimer's disease (AD) and parkinson's disease (PD) are two common progressive neurodegenerative disorders that affect a large group of individuals in Antioquia, Colombia. Up till now, there is not an effective and definitive therapeutic treatment aimed to reduce or retard the clinic and pathologic symptoms induced by both devastating diseases. Thus, the biochemical mechanism(s) involved in neural loss has mainly been studied in biological models. In this article the authors, based on their own scientific experience and others, have proposed lymphocytes as a cellular model to study the molecular signalling mechanism induced by oxidative stress in AD and PD. Remarkably, lymphocytes and neurons are cellularly and biochemically alike. Indeed, lymphocytes express at least six different biological systems such as catecholaminergic, serotonergic, acetylcholinergic, glutamatergic, noradrenergic and GABAergic systems considered to be exclusively pertain to neural cells!. Given that lymphocytes are post-mitotic cells (i.e. Go cell cycle) and possess the synthesis, transport and processing systems of amyloid-beta precursor protein (AßPP), presenilins and parkin proteins, these cells constitute not only an ideal bio-model to better understanding of the pathological signalling in those neurodegenerative processes, but also represent a meaningful tool to design innovative and rational therapeutic strategies focussed to arrest the neuronal death in Alzheimer's and Parkinson's patients from Antioquia.
Subject(s)
Parkinson Disease , Lymphocytes , Apoptosis , Alzheimer DiseaseABSTRACT
Alzheimer's disease (AD) and Parkinson's disease (PD) are the most frequent progressive neurodegenerative diseases affecting millions of people in the world. Because a significant percentage of patients share common clinical and pathological features from both entities, this may indicate the existence of a common pathological mechanism. Based on in vitro and in situ data, authors proposed an unified molecular oxidative stress model induced by dopamine (DA), 6-hydroxydopamine (6-OHDA); 5,6 & 5,7-dihydrytryptamine (5,6 & 5,7 DHT); amyloid beta 25-35 (Aß25-35), and metals [e. g. iron (Fe2+), copper (Cu2+), zinc (Zn2+), manganese (Mn2+)], as a possible explanation of neural loss in AD/PD overlapping cases. This hypothesis might contribute to a better understanding of the pathophysiology cascades of both disorders, and also support the notion that oxidative stress generated by H2O2 represent an essential molecule of intracellular signalization leading to cell death. Taken together, these findings might allow a better rational approach to therapeutic design that rescue, delay or retard cell death in patients suffering from those deteriorating disorders.
La enfermedad de Alzheimer (EA) y la enfermedad de Parkinson (EP) son los trastornos neurodegenerativos progresivos que afectan con mayor frecuencia a millones de personas en el mundo. Dado que un porcentaje significativo de pacientes comparten características clínicas y patológicas de ambas entidades, esto podría indicar la existencia de un mecanismo patológico común. Con base en estudios in vitro e in situ, los autores proponen un modelo molecular unificado de estrés oxidativo en EA y EP, inducido por los estímulos tóxicos, la dopamina (DA), la 6- hidroxidopamina (6-OHDA), la 5,6-dihidroxitriptamina (5,6-DHT), la 5,7-dihidroxitriptamina (5,7-DHT), el beta-amiloide 25-35 (Aß[25-35]) y los metales (v. gr. hierro [Fe2+], cobre [Cu2+], cinc [Zn2+], manganeso [Mn2+]) como posible explicación a la pérdida neuronal en algunos casos mixtos con EA/EP. Esta hipótesis podría contribuir a una mejor comprensión de las cascadas fisiopatológicas en ambos desórdenes y valida la idea de que el estrés oxidativo generado por el peróxido de hidrógeno (H2 O2) representa una molécula fundamental de señalización de muerte celular. En conjunto, estas investigaciones permitirían un mejor acercamiento racional en los diseños terapéuticos que rescaten, detengan o retarden los procesos de deterioro neuronal en los pacientes que padecen estas devastadoras patologías.
Subject(s)
Humans , Parkinson Disease , 5,6-Dihydroxytryptamine , 5,7-Dihydroxytryptamine , Alzheimer Disease , Dopamine , Oxidopamine , Cell Death , Copper , Amyloid , MetalsABSTRACT
Las enfermedades de Alzheimer, de Parkinson de Huntington y de Wilson son un grupo de trastornos neurológicos heterogéneos que se caracterizan por una pérdida selectiva y simétrica de las neuronas motoras, sensoriales o de los sistemas cognitivos con manifestación crónica y progresiva. Durante los últimos años, se postulaba la apoptosis como el tipo de muerte neuronal responsable en el proceso de neurodegeneración. Basados en información reciente, los autores analizan críticamente las evidencias morfológicas y/o bioquímicas de muerte por apoptosis en tejido cerebral post mortem. Aunque se han publicado innumerables trabajos al respecto, hasta el presente no existe un consenso generalizado que implique formalmente la apoptosis como el mecanismo de muerte neuronal. De hecho, las evidencias morfológicas y bioquímicas son insuficientes y contradictorias. Además, la contribución de las proteínas mutadas o alteradas metabólicamente en la patogénesis de estos desórdenes, está aún por ser establecida. El reto científico actual es caracterizar y elucidar las interacciones de dichas proteínas mutadas en las neuronas afectadas y determinar la cascada de eventos metabólicos que conducen a la neurona a su muerte. El esclarecimiento de estos mecanismos moleculares podría proporcionar información esencial para el diseño de tratamientos que inhiban o prevengan el desarrollo de las enfermedades neurodegenerativas en los individuos afectados