Efeito de altas concentrações de glicose e seus derivados sobre a função mitocondrial em astrócitos

Abstract

O diabetes mellitus (DM) é um dos distúrbios metabólicos mais comuns no mundo todo. Pacientes com DM possuem maior risco de desenvolver distúrbios neurodegenerativos e disfunção cognitiva, contudo os mecanismos subjacentes à neurodegeneração não foram ainda completamente elucidados. O DM é caracterizado por hiperglicemia crônica, considerada o principal fator patogênico associado ao desenvolvimento de complicações diabéticas. Em situações de hiperglicemia, ocorrem desvios à via glicolitica, levando à produção de metabólitos reativos, como por exemplo, o metilglioxal (MG). O MG é um composto altamente reativo que induz a formação de produtos finais de glicação avançada (AGEs). O aumento da concentração plasmática destes derivados (MG e AGEs), têm sido relacionado com disfunção celular e neurodegeneração induzidas pela glicotoxicidade. Neste trabalho, nós hipotetizamos que a exposição prolongada a altas concentrações de glicose e seus derivados prejudicam a função mitocondrial, reduzindo a viabilidade celular dos astrócitos. Assim, o objetivo deste trabalho foi investigar o efeito de altas concentrações de glicose e seus derivados (MG e AGEs) na viabilidade astrocítica e na função mitocondrial. Uma linhagem de células astrocíticas (C6) foi exposta à alta concentração de glicose ou MG por 24 ou 48 h para os ensaios de viabilidade, morte celular, determinação de MG intracelular, formação de AGEs, massa mitocondrial e respiração celular. As células foram também expostas a manitol, utilizado como controle osmótico. A exposição de astrócitos a altos níveis de glicose promoveu uma diminuição estatisticamente significativa na viabilidade celular (48h), no entanto não alterou a atividade da LDH (24 e 48h). A alta concentração de glicose resultou em um acúmulo significativo de MG e AGEs intracelular e, aumentou significantemente a massa mitocondrial. Embora a exposição ao MG não tenha afetado a viabilidade nem o conteúdo mitocondrial, o MG aumentou significantemente a respiração celular, sugerindo que o MG pode atuar como um desacoplador mitocondrial. Assim, a conclusão deste trabalho foi que a exposição prolongada a altos níveis de glicose e seus derivados (MG e AGEs), modificam a função mitocondrial, através de alterações na massa e respiração mitocondrial, evento associado à redução da viabilidade celular em astrócitos. Tais alterações podem predispor os astrócitos ao estresse oxidativo gerado pela glicose, contribuindo para o maior risco de neurodegeneração em pacientes afetados pelo DM.

Abstract: Diabetes mellitus (DM) is the most common metabolic disorder worldwide. Patients with DM are at higher risk for developing neurodegenerative disorders and cognitive dysfunction, however the mechanisms underlying the induction of neurodegeneration have not been clearly elucidated. DM is characterized by chronic hyperglycemia, the main pathogenic factor linked to the development of diabetic complications. Under hyperglycemia, deviations of the glycolytic pathway occur leading to the production of reactive metabolites, such as methylglyoxal (MG). MG is a highly reactive compound that induces the formation of Advanced Glycation End-Products (AGEs). Increased plasma levels of both derivatives, MG and AGEs, have been related with the induction of cell dysfunction and neurodegeneration. In this work, we hypothesized that long-term exposure to high glucose concentrations and its derivatives (MG and AGEs) impairs astrocytic mitochondrial function, leading to a decrease in astrocytic cell viability. Therefore, the aim of this work was to investigate the effect of high glucose concentrations and its derivatives (MG and AGEs) on astrocytic viability and mitochondrial function. We used an astrocytic cell line (C6 cells) that were exposed to high glucose concentration or MG during 24 h or 48 h for cell viability and cell death assays, free intracellular MG determination, AGEs formation, mitochondrial mass and cell respiration and cell death assays. Cells were also exposed to mannitol as an osmotic control. High glucose concentration induced a significant decrease in astrocitic cell viability (48h). However, no changes were observed in LDH activity (both at 24 and 48h). The high concentration of glucose induced a significant intracellular accumulation of MG and AGEs. Mitochondrial mass was also increased in astrocytes treated with high glucose concentration. Although the exposure to MG did not affect cell viability or mitochondrial content, MG significantly increased cell respiration, suggesting that MG can act as a mitochondrial uncoupler. In conclusion, the prolonged exposure to high glucose concentration and its derivatives (notably MG and AGEs) modifies mitochondrial function, this event is linked to reduction of the cellular viability in astrocytes. These alterations can predispose astrocytes to oxidative stress generated by glucose, contributing to the greater risk for neurodegeneration in patients affected by DM.