Papel de selenoproteínas na neurotoxicidade induzida por metilmercúrio, em camundongos, e potencial bioinseticida de uma alga da Antártica (Prasiola crispa) em modelo de Drosophila melanogaster

Abstract

O metilmercúrio (MeHg) é um agente tóxico que causa importantes prejuízos à saúde humana e ambiental. Parte desses efeitos está relacionado a sua capacidade de induzir estresse oxidativo. Os mecanismos precisos pelos quais o MeHg leva ao estresse oxidativo ainda não estão bem esclarecidos. Dados na literatura apontam para a participação de selenoproteínas como a glutationa peroxidase e a tioredoxina redutase neste processo. Neste estudo, buscou-se investigar o papel de isoformas de glutationa peroxidase (GPx1 e GPx4) e da tioredoxina redutase (TrxR1) na neurotoxicidade induzida por MeHg em camundongos, focando na atividade e expressão destas proteínas. Nossos resultados mostraram, que o tratamento de camundongos Swiss machos adultos com MeHg (40 mg/L na água de beber) durante 21 dias causa uma diminuição significativa na atividade das enzimas GPx e TrxR no córtex e cerebelo dos animais tratados, em comparação com os controles. Observou-se também uma significativa redução na expressão de GPx1, GPx4 e TrxR1 no cerebelo dos animais tratados, enquanto que no córtex apenas GPx4 e TrxR1 foram afetadas. Concomitantemente a estes resultados, observou-se um aumento significativo na atividade das enzimas antioxidantes SOD, CAT, GR e GST no cerebelo e da CAT no cortex. A expressão de HSP70 foi significativamente aumentada no cerebelo dos animais tratados. Estes dados denotam uma clara resposta celular antioxidante frente aos efeitos tóxicos do MeHg em nosso modelo, reforçando dados da literatura que indicam o estresse oxidativo como um importante mecanismos na neurotoxicidade induzida por este organometal. Além disso, nossos resultados apontam para isoformas de glutationa peroxidase e tioredoxina redutase como importantes alvos moleculares do MeHg e, ao menos, em nosso conhecimento, este é o primeiro estudo demonstrando o papel da GPx4 na neurotoxicidade induzida por este agente tóxico ambiental. Outro objetivo deste trabalho foi investigar os efeitos biológicos do extrato da alga Prasiola crispa(PcE), oriunda do continente Antártico, nos modelos de Drosophila melanogaster e Nauphoeta cinérea. Organismos adaptados a ambientes extremos como a Antártica tendem a apresentarem uma constituição única em termos de metabólitos secundários. Desta forma, estudos que visem à elucidação de efeitos biológicos de organismos oriundos destas regiões tendem a apresentarem relevância do ponto de vista biotecnológico. Nossos dados apontam para um potencial biocida de PcE nos modelos de mosca-da-fruta (Drosophila melanogaster) e barata cinerea (Nauphoeta cinerea), visto que a administração do extrato induziu toxicidade nos dois modelos. A toxicidade em D. melanogaster foi avaliada como percentagem de mortalidade, atividade locomotora (geotaxia negativa) e alterações bioquímicas incluindo atividade acetilcolinesterase (AChE) e marcadores de estresse oxidativo.Também foi investigada a ação cardiotóxica do extrato no modelo de coração semi-isolado de barata cinerea. A administração do extrato(2mg/ml) foi feita por 24 horas e, nas moscas, causou um aumento massivo na mortalidade (aumento de 7,6 vezes em relação ao controle). Também foi observado um aumento significativo na atividade locomotora, indicando uma ação neurotóxica do extrato. A atividade AChE, os níveis de glutationa e formação de hidroperóxido manteve-se inalterada. A atividade da glutationa S-transferase aumentou significativamente após a administração de PcE, já a atividade da catalase diminuiu significativamente em moscas que receberam o extrato. No modelo de coração semi-isolado de barata, foi observado uma diminuição da freqüência cardíaca. A incubação do extrato com DTNB, um forte agente oxidante, bloqueou significativamente o efeito cardiotóxico do extrato, sugerindo que compostos redutores podem ser responsáveis pelo efeito observado. Desta forma, este estudo demonstrou os efeitos tóxicos de PcE, em dois modelos de inseto, sugerindo seu potencial como bioinseticida. Os mecanismos precisos relacionados a este efeito ainda necessitam de esclarecimentos, entretanto, alterações em sistemas antioxidantes vitais podem estar envolvidos.

Methylmercury (MeHg) is a toxic agent that causes severe damage to human health and the environment. These effects are related to its ability to induce oxidative stress. The precise mechanisms by which MeHg leads to oxidative stress are not well understood. Data from literature point to the involvement of selenoproteins such as glutathione peroxidase and thioredoxin reductase in this process. In this study, we sought to investigate the role of isoforms of glutathione peroxidase (GPx4 and GPx1) and thioredoxin reductase (TrxR1) in MeHg-induced neurotoxicity in mice, focusing on activity and expression of these proteins. Our results showed that treatment of adult male mice Swiss with MeHg (40 mg / L in drinking water) for 21 days causes a significant decrease in GPx and TrxR enzyme activity in the cerebral cortex and cerebellum of treated animals when compared to controls. We also observed a significant reduction in the expression of GPx1, GPx4 and TrxR1 in the cerebellum of the treated animals, whereas in the cortex only GPx4 and TrxR1 are affected..In parallel, we observed a significant increase in antioxidant enzymes SOD, CAT, GR and GST in the cerebellum and CAT in cortex. HSP70 expression was significantly increased in the cerebellum of the treated animals. These results show a clear antioxidant cell response against the toxic effects of MeHg in our model, reinforcing the literature data indicating oxidative stress as an important mechanism in the neurotoxicity induced by this organometal. Furthermore, our results point to isoforms of glutathione peroxidase and thioredoxin reductase as important molecular targets of MeHg and, at least, to our knowledge, this is the first study demonstrating the role of GPx4 in the neurotoxicity induced by this toxic environmental agent. Another objective of this study was to investigate the biological effects of the extract of the alga Prasiola crispa (PcE), from the Antarctic continent, in the insect models Drosophila melanogaster and Nauphoeta cinerea. Organisms adapted to extreme environments such as Antarctica tend to present a unique composition in terms of secondary metabolites. Thus, studies aimed at elucidating the biological effects of organisms from these areas tend to be relevant in a biotechnological point of view. Our data demonstrates a potential biocide PcE effect in the fruit fly (Drosophila melanogaster) and lobster cockroach (Nauphoeta cinerea), since the administration of the extract induced toxicity in both models. Toxicity in D. melanogaster was assessed as percentage of mortality, locomotor activity (negative geotaxis) and biochemical measurements including acetylcholinesterase (AChE) and markers of oxidative stress. We also investigated the cardiotoxic action of the extract in a cockroach semi-isolated heart model. The administration of the extract (2 mg / ml) for 24 hours toflies, caused a massive increase in mortality (7.6-fold increase compared to control). We also observed a significant increase in locomotor activity, indicating a neurotoxic action of the extract. AChE activity, glutathione levels and the formation of hydroperoxide remained unchanged. The activity of glutathione S-transferase significantly increased after administration of PcE while catalase activity was significantly decreased in flies that received the extract. A significant decrease in heart rate in the cockroach semi-isolated heart model was observed after PcE administration. The incubation of the extract with DTNB, a strong oxidizing agent, significantly blocked the cardiotoxic effect of the extract, suggesting that reducing compounds may be responsible for the observed effect. Thus, this study demonstrated, for the first time, the toxic effects of PcE, in two insect models, suggesting its potential as a bioinsecticide. The precise mechanisms related to this effect still need clarification, however, changes in vital antioxidant systems may be involved.