Neuroprotecção pela insulina
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Neuroprotecção pela insulina: como se constrói o puzzle Ana I. Duarte [email protected] Envelhecimento e metabolismo da glucose PET scan Normal Doença de Alzheimer (www.csua.berkeley.edu/~wuhsi/images.html) Envelhecimento e metabolismo da glucose PET scan Doença de Alzheimer (www.csua.berkeley.edu/~wuhsi/images.html) Consumo de glucose Envelhecimento e metabolismo da glucose PET scan Doença de Alzheimer (www.csua.berkeley.edu/~wuhsi/images.html) Consumo de glucose Stresse oxidativo Envelhecimento e metabolismo da glucose PET scan Doença de Alzheimer (www.csua.berkeley.edu/~wuhsi/images.html) Consumo de glucose Alterações dos níveis e/ou função da insulina no cérebro? Stresse oxidativo Envelhecimento e metabolismo da glucose PET scan Doença de Alzheimer (www.csua.berkeley.edu/~wuhsi/images.html) Consumo de glucose Alterações dos níveis e/ou função da insulina no cérebro? Stresse oxidativo Doença de Alzheimer – a diabetes tipo 3 do cérebro? (Freude et al., 2005; de la Monte et al., 2006) Tradicionalmente… A insulina (…) actua numa grande parte das células do organismo, (…) apesar de não actuar (…) nas células nervosas. (http://pt.wikipedia.org/wiki/Insulina) Desde há trinta anos… • Síntese de insulina e expressão de receptor de insulina no cérebro - Ocorre em neurónios do córtex, hipocampo e bolbo olfactivo. (Havrankova et al., 1979; Schechter et al., 1996, 1998; Freude et al., 2005) Insulina e o envelhecimento cerebral Envelhecimento Insulina e o envelhecimento cerebral Envelhecimento Níveis de insulina cerebral Sinalização mediada pelo receptor de insulina Insulina e o envelhecimento cerebral Envelhecimento Níveis de insulina cerebral Sinalização mediada pelo receptor de insulina Resistência à insulina Metabolismo cerebral da glucose Insulina e o envelhecimento cerebral Envelhecimento Níveis de insulina cerebral Sinalização mediada pelo receptor de insulina Resistência à insulina Metabolismo cerebral da glucose AGEs Stresse oxidativo Insulina e o envelhecimento cerebral Envelhecimento Níveis de insulina cerebral Sinalização mediada pelo receptor de insulina Resistência à insulina Metabolismo cerebral da glucose AGEs Stresse oxidativo Degenescência e morte neuronal (Hoyer, 2003; Andersen, 2004) Objectivo • Avaliar o papel neuroprotector da insulina no metabolismo neuronal, defesas antioxidantes e morte neuronal após stresse oxidativo. Embriões de ratos Wistar Ascorbato/Fe2+ Culturas primárias de neurónios Os receptores de insulina e IGF-1 existem em neurónios corticais de rato Ext Insulina + Asc/Fe Int P P A. IR IR B. IGF-1R MAP2 Hoechst Merge IGF-1R Controlo Asc/Fe2+ MAP2 Hoechst Merge A insulina estimula a actividade do IR e IGF-1R Ext Int P P B. IGF-1R £ 100 (% do controlo) £ ** 80 60 40 20 0 0 0.1 Insulina (µM) 10 140 Controlo Asc/Fe2+ £ 120 (% do controlo) Controlo Asc/Fe2+ 120 Níveis de fosforilação da Tyr IGF-1R A. IR Níveis de fosforilação da Tyr IR Insulina + Asc/Fe £ 100 * 80 60 40 20 0 0 0.1 Insulina (µM) 10 A insulina promove a acumulação neuronal de glucose Ext Insulina + Asc/Fe Glucose P P Glucose GLUT-3 Int A insulina estimula a glicólise Ext Insulina + Asc/Fe Glucose P P Glucose GLUT-3 Glicólise Int A insulina estimula a glicólise Ext Piruvato/lactato (% do controlo) Insulina + Asc/Fe 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Int P P * £££ Controlo Asc/Fe2+ ££ * 0 0.1 10 Insulina (µM) Glucose Glucose GLUT-3 Glicólise Pir/Lac A insulina aumenta os níveis energéticos Ext Insulina + Asc/Fe Glucose Int P P Glucose GLUT-3 Glicólise Pir/Lac ATP/ADP P~Cr A insulina aumenta a adenosina intracelular e o ácido úrico Ext Insulina + Asc/Fe Glucose Int P P Glucose GLUT-3 Glicólise Pir/Lac ATP/ADP P~Cr ADO Ácido úrico A insulina protege contra a oxidação lipídica e proteica Ext Insulina + Asc/Fe Int P P Stresse oxidativo Glucose Glucose GLUT-3 Glicólise Pir/Lac ATP/ADP P~Cr ADO Ácido úrico A insulina estimula a actividade da PI-3K/Akt Ext Insulina + Asc/Fe Int P P-PI-3K P-Akt P 150 Controlo Asc/Fe2+ ££ £ (% do controlo) P-Akt/Akt Akt/Akt total 125 100 * 75 50 25 Stresse oxidativo 0 0 0.1 10 Insulina (µM) Glucose Glucose GLUT-3 Glicólise Pir/Lac ATP/ADP P~Cr ADO Ácido úrico A insulina diminui a activação da GSK-3β β Ext Insulina + Asc/Fe Int P P-PI-3K P-Akt P-GSK3β βTyr216 P Asc/Fe2+ 100 (% do controlo) β total P-GSK-3β 3β β Tyr216/GSK-3 Controlo 125 *£ 75 *£ 50 25 Stresse oxidativo 0 0 0.1 10 Insulina (µM) Glucose Glucose GLUT-3 Glicólise Pir/Lac ATP/ADP P~Cr ADO Ácido úrico A insulina protege contra a apoptose dependente de caspases Ext Insulina + Asc/Fe Int P P-PI-3K P-Akt P P-GSK3β βTyr216 ? ? Apoptose Núcleo Bcl-2 mRNA Casp-3 mRNA Bcl-2 Casp-3 Stresse oxidativo Glucose Glucose GLUT-3 Glicólise Pir/Lac ATP/ADP P~Cr ADO Ácido úrico A insulina estimula o ciclo redox do glutatião Ext Insulina + Asc/Fe Int P P-PI-3K P-Akt P P-GSK3β βTyr216 ? ? Apoptose Núcleo Bcl-2 mRNA Casp-3 mRNA Bcl-2 Casp-3 GPx-1 mRNA GPx-1 GRed Stresse oxidativo GSH/GSSG Glucose Glucose GLUT-3 Glicólise Pir/Lac ATP/ADP P~Cr ADO Ácido úrico A insulina aumenta a expressão de enzimas da glicólise Ext Insulina + Asc/Fe Int P P-PI-3K P-Akt P P-GSK3β βTyr216 ? ? Hxk-II/GAPDH (% do controlo) Apoptose 150 £££ Bcl-2 mRNA Casp-3 mRNA Bcl-2 Casp-3 50 GPx-1 mRNA 25 Hxk-II mRNA GPx-1 GRed 125 Controlo Núcleo ££ Asc/Fe2+ 100 * 75 0 0 0.1 10 Insulina (µM) Glucose Glucose GLUT-3 Stresse oxidativo GSH/GSSG Hxk-II Glicólise Pir/Lac ATP/ADP P~Cr ADO Ácido úrico A insulina decresce o ATP e a adenosina extracelulares Ext Insulina + Asc/Fe Int P P-PI-3K P-Akt P P-GSK3β βTyr216 ? ? ? Apoptose ATP Bcl-2 Casp-3 ADP Bcl-2 mRNA Casp-3 mRNA AMP GPx-1 mRNA GPx-1 GRed Núcleo Hxk-II mRNA ADO Glucose Glucose GLUT-3 Stresse oxidativo GSH/GSSG Nucleoside transporter Hxk-II Glicólise Pir/Lac ATP/ADP P~Cr ADO Ácido úrico Conclusões • A neuroprotecção pela insulina resulta da activação dos receptores de insulina e IGF-1 – activação da via da PI-3K/Akt – inibição da GSK-3β Hiperfosforilação da tau Agregação da β-amilóide – regulação da síntese proteica Conclusões • A neuroprotecção pela insulina resulta da activação dos receptores de insulina e IGF-1 – activação da via da PI-3K/Akt – inibição da GSK-3β Hiperfosforilação da tau Agregação da β-amilóide – regulação da síntese proteica • A insulina previne a apoptose e necrose associadas ao stresse oxidativo – aumento das defesas antioxidantes – decréscimo da oxidação lipídica e proteica Conclusões • A neuroprotecção pela insulina resulta da activação dos receptores de insulina e IGF-1 – activação da via da PI-3K/Akt – inibição da GSK-3β Hiperfosforilação da tau Agregação da β-amilóide – regulação da síntese proteica • A insulina previne a apoptose e necrose associadas ao stresse oxidativo – aumento das defesas antioxidantes – decréscimo da oxidação lipídica e proteica •A insulina estimula o transporte e metabolismo da glucose e diminui a adenosina extracelular Através do seu papel neuroprotector, a insulina poderá ser útil na prevenção da desregulação metabólica e dos danos mediados pelo stresse oxidativo associado ao envelhecimento e doenças neurodegenerativas. Agradecimentos • Fundação para a Ciência e a Tecnologia • Centro de Neurociências e Biologia Celular • Instituto de Bioquímica – F.M.U.C. • Departamento de Zoologia – F.C.T.U.C. • Professora Doutora Ana Cristina Rego • Doutora Maria Sancha Santos • Professora Doutora Catarina Resende de Oliveira • Dr. Paulo Santos • Mestre Teresa Proença Mitochondrial Dysfunction and Cell Death Group (http://www.cnbc.pt/research/areaA1_2.asp?lg=2
