Insights sobre a patogênese das doenças neurodegenerativas: foco na disfunção mitocondrial e no estresse oxidativo, parte 2

Várias modificações pós-traducionais também regulam a dinâmica mitocondrial. A fosforilação Drp1 pode estimular a fissão ou a fusão, dependendo do local de fosforilação [100,101].

Com o desenvolvimento contínuo da neurociência, cada vez mais estudos têm demonstrado que existe uma estreita relação entre a dinâmica mitocondrial e a memória, o que tem um significado positivo e progressivo.

As mitocôndrias são um órgão importante nas células, com duas funções principais: uma é fornecer energia às células e a outra é regular o desenvolvimento celular e as atividades vitais. A função das mitocôndrias não está apenas relacionada à saúde celular, mas também intimamente relacionada à saúde física do corpo humano. A memória humana é uma delas.

Estudos descobriram que no cérebro humano ocorreram muitas mudanças na dinâmica mitocondrial, como aumento da densidade mitocondrial, migração mitocondrial e regeneração mitocondrial. Essas mudanças não estão apenas relacionadas à saúde dos neurônios cerebrais, mas também intimamente relacionadas à melhoria da memória cerebral.

Especificamente, a dinâmica mitocondrial pode promover a transmissão de informações entre os neurônios cerebrais, promovendo assim a formação, consolidação e renovação da memória e da aprendizagem. Além disso, os desportos radicais e outros tipos de desporto podem promover o aumento da densidade mitocondrial, melhorando assim a memória e a capacidade cognitiva do cérebro.

Portanto, devemos participar ativamente em algumas atividades que são benéficas para a saúde física, como exercício, preparação física, desenvolvimento de bons hábitos alimentares, etc., para promover o desenvolvimento da dinâmica mitocondrial e melhorar a memória e a capacidade cognitiva. Ao mesmo tempo, devemos também prestar atenção ao descanso, reduzir o stress, manter uma boa saúde e, assim, tratar ativamente a vida futura.

Em resumo, existe uma estreita relação entre a dinâmica mitocondrial e a memória. Um estilo de vida ativo e hábitos saudáveis ​​são benéficos para o desenvolvimento da dinâmica mitocondrial, melhorando assim a memória e a capacidade cognitiva do cérebro. Percebe-se que precisamos melhorar a memória, e Cistanche pode melhorar significativamente a memória porque Cistanche tem efeitos antioxidantes, antiinflamatórios e antienvelhecimento, que podem ajudar a reduzir as respostas oxidativas e inflamatórias no cérebro, protegendo assim a saúde do sistema nervoso. Além disso, Cistanche também pode promover o crescimento e a reparação das células nervosas, melhorando assim a conectividade e a função das redes neurais. Esses efeitos podem ajudar a melhorar a memória, a capacidade de aprendizagem e a velocidade de pensamento, e também podem prevenir a ocorrência de disfunções cognitivas e doenças neurodegenerativas.

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A fosforilação do MFF aumenta o recrutamento de Drp1 e a subseqüente fissão mitocondrial (102), enquanto a ubiquitinação do Mfn1 acetilado promove sua degradação proteasomal (103); a fosforilação de Mfn1 por ERK inibe a fusão mitocondrial, promovendo a apoptose (104).

Estados específicos de nutrientes também regulam indiretamente o equilíbrio entre esses dois processos. Embora a fome leve a mitocôndrias fundidas e alongadas, um ambiente rico em nutrientes é acompanhado por mitocôndrias fragmentadas [105,106].

3.4. Autofagia

A autofagia é outro passo essencial na manutenção do equilíbrio entre síntese e depuração de proteínas, biogênese de organelas e degradação, promovendo assim a saúde celular [107]. Com base em como a carga alvo é transportada para degradação dos tolisossomos, a autofagia pode ser classificada em [107,108]:

- Macroautofagia, na qual o autofagossomo, uma vesícula de membrana dupla, se forma e se funde com os lisossomos, após o que seu conteúdo é degradado pelas hidrolases ácidas dos lisossomos;

- Microautofagia, processo durante o qual os lisossomos envolvem vários compostos citosólicos que são degradados após a involução da membrana [109];

- Autofagia mediada por acompanhantes, um processo durante o qual os acompanhantes se ligam a proteínas e receptores danificados na membrana lisossomal, seguido pela translocação da proteína para o lisossoma para degradação [110].

A autofagia para mitocôndrias danificadas também é conhecida como mitofagia. A primeira etapa da iniciação da mitofagia é a formação de uma membrana de isolamento, o autofagossomo, que se acredita derivar de MAMs, membranas do RE ou membrana plasmática [111,112], seguida pela ativação do complexo de pré-iniciação, contendo ULK1 (Unc{{ 4}}como quinase1, Atg 13 e 101 (proteínas relacionadas à autofagia) e FIP200 (parceiro de interação da família de quinase de adesão focal 200) (113). beclin1, Atg 14, autofagia e regulador beclin 1 (AMBRA1), bem como classificação de proteínas vasculares 34 e 15 (Vps 34 e 15) para produzir fosfatidilinositol3-fosfato (PI3P).

Pi3P também é conhecido como complexo de iniciação (114). Após a ativação, ambos os complexos translocam-se para o local de nucleação do fagóforo (108). PI3P é reconhecido e interage com outras proteínas localizadas em IM, como a proteína de repetição WD interagindo com fosfoinositídeo (WIPI) e proteínas contendo o domínio FYVE (115) e leva a uma série de conjugações de Atgs no fagóforo, culminando na clivagem de pró-LC3 (cadeia leve 3) por Atg4 em LC3-I, posteriormente transformada por fosfatidiletanolamina emLC3-II, e levando ao alongamento e fechamento da membrana de isolamento [116,117].

Acredita-se que a proteína associada ao receptor tipo A do ácido Υaminobutírico (GABARAP) e a proteína GABARAP-like1 (GABARAPL1) desempenhem papéis semelhantes com LC3 na expansão do autofagossomo (118).

A proteína sinalizadora mTOR (alvo da rapamicina em mamíferos) modula fortemente a autofagia. A inibição do mTOR, como ocorre na fome, desfosforila e ativa o Atg13, iniciando o processo de mitofagia (119).

Quando os fatores de crescimento e os nutrientes celulares são abundantes, o mTOR fosforila o Atg 13, impedindo sua ligação ao ULK1 e o recrutamento do FIP200 (107). A fusão de autofagossomos com lisossomos é mediada por Rab7 e LAMP-2, uma proteína transmembrana lisossômica [120,121]. Após a fusão, as lisossomalenzimas, principalmente as catepsinas, degradam o conteúdo autofagossômico (122).

Na mitofagia não mediada por receptor, o processo de indução da mitofagia ativa a quinase 1 induzida por PTEN (PINK1), que se acumula no OMM e recruta e fosforila Parkin [123,124]. Parkin se acumula no OMM e ubiquitina as proteínas OMM, o que leva ao aumento da atividade do PINK1 e mais recrutamento de Parkin (113).

Entre as proteínas ubiquitinadas por Parkin estão os canais aniônicos dependentes de voltagem 1 (VDAC1), Mfn1 e Mfn2, bem como TOM20 (translocase da membrana mitocondrial externa 20), que governam a fusão mitocondrial.

A ubiquitinação de Mfn1/2 bloqueará o processo de fusão e permitirá o isolamento das mitocôndrias pequenas e danificadas (125).

As proteínas ubiquitinadas recrutam proteínas adaptadoras de autofagia, como OPTN (optineurina), NBR1 (vizinho BRCA1), TAX1BP1 (proteína de ligação a imposto-1), NDP52 (proteína de ponto nuclear52) ou sequestossomo-1, que interagem com proteínas autofagossômicas como GABARAP ou LC3 através de regiões de interação LC3 (LIR) para mediar a formação e fusão do autofagossomo com lisossomos [126,127]. A Figura 2 mostra esquematicamente o processo de mitofagia.

Figura 2. Diagrama esquemático da mitofagia. O processo de indução da mitofagia ativa o PINK1, que se acumula no OMM e recruta e fosforila Parkin.

Este último ubiquitina proteínas OMM, como mitofusinas 1 e 2 (Mfn), canais aniônicos dependentes de voltagem 1 (VDAC1) e TOM20 (translocase da membrana mitocondrial externa 20).

A formação do autofagossomo começa com a ativação do complexo de pré-iniciação, contendo ULK1 (Unc-51-como quinase 1), Atg 13 e 101 (proteínas relacionadas à autofagia) e FIP200 (parceiro de interação da família de quinase de adesão focal 200), e continua com recrutamento de fosfatidilinositídeo classe III 3-quinase (PI3K), beclin1, Atg 14, AMBA1 (autofagia e regulador beclin 1) e Vps 34 e 15 (classificação de proteínas vasculares), resultando na produção de fosfatidilinositol 3- fosfato (PI3P).

As proteínas ubiquitinadas recrutam proteínas adaptadoras de autofagia, como o gene vizinho BRCA1 (NBR1), a optineurina (OPTN), a proteína de ligação Tax-1(TAX1BP1), a proteína nuclear dot 52 (NDP52) ou o sequestossomo-1, que interagem com proteínas autofagossômicas como GABARAP ou LC3 para mediar a formação de autofagossoma. A fusão do autofagossomo com os lisossomos é mediada por LC3, Rab7, LRRK2 e LAMP-2 (ver texto).

No entanto, também existem vias de mitofagia independentes de Parkin (113), como a mitofagia mediada por receptor. As proteínas mais estudadas envolvidas na mitofagia mediada por receptor são AMBRA1, FUNDC1 (proteína 1 contendo o domínio FUN14), NIX (Nip3-likeprotein) e BNIP3, localizada no OMM, além de cardiolipina e proibitina 2 (PHB2 )no IMM [113].

Esses receptores podem se ligar ao LC3 de maneira independente da Parkin [128] e induzir mitofagia. A sua transcrição pode ser ativada sob diversas condições. Por exemplo, a transcrição de BNIP3 e NIX é ativada por hipóxia via fator 1 alfa induzível por hipóxia (HIF1) (129), que, após a fosforilação, tem uma alta afinidade de ligação para LC3 (130). A desfosforilação do FUNDC1 por hipóxia facilita sua ligação ao LC3 (131).

Nos últimos anos, os pesquisadores demonstraram que as mitocôndrias podem ser expulsas das células e absorvidas por endocitose ou fagocitose pelas células vizinhas, onde finalmente sofrem mitofagia, um fenômeno denominado mitofagia transcelular [113,132].

É razoável supor que a transferência de mitocôndrias de volta ao soma celular a partir dos dendritos ou axônios seria energeticamente desfavorável, razão pela qual os neurônios liberam mitocôndrias nas sinapses para serem degradadas pelas células gliais (133).

Por sua vez, as células gliais podem transferir mitocôndrias para os neurônios e protegê-los da hipóxia e da falha energética (134). As vias precisas para a transferência mitocondrial ainda estão sendo investigadas, mas alguns estudos sugeriram um papel importante para uma proteína que conecta as mitocôndrias às proteínas motoras do citoesqueleto, nomeadamente MIRO1 (135), enquanto outros mostraram envolvimento de GFAP astrocítica (proteína glial fibrilar ácida) e UCP2 neuronal (proteína desacopladora 2). ) [136]. Outra maneira de descartar mitocôndrias danificadas foi identificada em 1992 [137] e denominada mitoptose.

Ele permite que as células degradem as mitocôndrias sem abrir o MPTP e desencadear a apoptose (113). A mitoptose é provavelmente ativada pela despolarização da membrana mitocondrial, dano ao DNA mitocondrial (mtDNA) e ROS (113).

Os mecanismos exatos da mitoptose requerem um estudo mais aprofundado, mas várias situações foram descritas, como inchaço e fragmentação de cristas seguidas de extrusão citoplasmática de fragmentos de cristas através do rompimento do OMM (138), ou deterioração das cristas através da coalescência do IMM com preservação do OMM intacto. [138].

ROS desempenha um papel fundamental na regulação da autofagia e mitofagia. Uma via, mencionada acima, é a via mTOR. Um ambiente rico em aminoácidos leva à translocação do complexo mTOR 1 (mTORC1) para a superfície lisossomal, onde interage com Rheband ativa o mTOR (139), enquanto na fome o mTOR colocaliza-se com LC3 e inicia a autofagia (140).

Considerando que a oxidação do mTOR inibe sua atividade, é muito provável que o ROS regule esta etapa [141]. Além disso, a S-nitrosação da quinase IκB e JNK1 pelo óxido nítrico inibe sua atividade, o que, por sua vez, evita a inativação do mTOR e a liberação de Beclin do complexo Beclin-Bcl-2 [93,142].

Outra via é o complexo beclin-1-classe III PI3K, com uma série de cofatores como AMBRA1, fator 1 de interação com Bax (Bif-1) ou Rubicon (beclin contendo domínio RUN e rico em cisteína -1-proteína de interação) [143]. Outros reguladores da autofagia incluem o receptor IP3, AMPK (50-proteína quinase ativada por AMP) e DAPK (proteína quinase associada à morte) [144,145].

ROS e espécies reativas de nitrogênio induzem modificações proteicas pós-traducionais que também regulam a atividade de fatores de transcrição. Por exemplo, na via Nrf2 (fator nuclear-eritróide 2-fator 2 relacionado)/Keap1 (proteína 1 associada à enoil-CoA hidratase semelhante a Kelch), modificações de Keap1 levam à liberação de Nrf2, que se liga a ARE( elemento de resposta antioxidante) e transloca-se para o núcleo, onde ativa a transcrição de genes e proteínas de enzimas antioxidantes, como p62 ou p53.

Embora o p62 ative a autofagia [146,147], o p5 está ligado a genes inibidores e promotores da autofagia através do TIGAR (proteína tumoral 53-regulador de glicólise e apoptose induzida por proteína tumoral) e DRAM (modulador de autofagia regulado por danos), respectivamente [148,149].

Por sua vez, a regulação prejudicada da autofagia leva ao aumento do estresse oxidativo e ao acúmulo de proteínas ubiquitinadas, esta última causando disfunção mitocondrial e aumentando ainda mais a geração de ROS em um ciclo de alimentação (93).

4. O cérebro e o estresse oxidativo

O oxigênio é crucial para o bom funcionamento celular, estando envolvido na geração de ATP [61]. Infelizmente, devido ao estado de redução metabólica univalente do oxigênio, com os dois elétrons solitários do oxigênio girando em paralelo, ele pode aceitar apenas um elétron por vez [150], levando à geração de espécies com um elétron desemparelhado que pode existir por conta própria. definidos por Halliwell como radicais livres [151].

Os derivados de oxigênio são radicais livres, como o ânion superóxido (•O2−), radical hidroxila (HO•), radical hidroperoxilado (HO2•) e radicais peroxila (ROO•), ou não radicais que podem ser transformados em radicais, como como peróxido de hidrogênio (H2O2) [61.152].

A sinalização redox é amplamente utilizada no cérebro [153], estando envolvida na transdução de sinal e transcrição gênica. Por exemplo, as NADPH oxidases (NOXs) regulam a potenciação de longo prazo do hipocampo [154], e o superóxido 2- derivado de NOX e o peróxido de hidrogênio regulam o crescimento de células progenitoras do hipocampo no cérebro adulto por meio da via de sinalização fosfatidil inositol 3 quinase (PI3K)/Akt [155].

Da mesma forma, o H2O2 derivado de NOX tem papéis benéficos na regeneração axonal e na localização do caminho axonal durante a fiação do cérebro em desenvolvimento [156,157]. Como consequência da hipóxia, a sinalização induzida por superóxido derivado de mitocôndrias leva a respostas adaptativas (158).

Para contrabalançar os possíveis efeitos deletérios do excesso de radicais livres, os sistemas biológicos possuem uma série de defesas antioxidantes, que podem ser divididas em enzimáticas (superóxido dismutases, catalase, glutationa peroxidases, glutationa transferases, tioredoxinas e peroxirredoxinas) e defesas não enzimáticas, como vitaminas A, C, E, beta-caroteno ou glutationa [159].

Sempre que a taxa de produção de radicais livres excede a capacidade do sistema biológico de neutralizá-los, ocorre o estresse oxidativo.

4.1. Vulnerabilidade do cérebro ao estresse oxidativo

O sistema nervoso é muito sensível ao estresse oxidativo, devido a uma série de razões [153,160–162]: - Os potenciais de ação causam influxo de cálcio e aumentam a concentração intracelular de cálcio de aproximadamente 0,001 µm para aproximadamente 100 µm [ 163].

Alto Ca intracelular 2+ ativa a nNOS (óxido nítrico sintase neuronal) e leva à formação de NO (óxido nítrico) (164), que se liga à citocromo c oxidase e inibe a respiração mitocondrial (165). As mitocôndrias tentam tamponar o cálcio intracelular, mas a subsequente sobrecarga de cálcio causa abertura prolongada do MPTP e inibe a geração de ATP, induzindo a apoptose (166).

O cérebro tem demandas de energia muito altas para manter os gradientes iônicos e apoiar a transmissão sináptica [19] e depende principalmente das mitocôndrias sinápticas para a geração da energia necessária [167]. Por exemplo, a liberação de vesículas de neurotransmissores requer 1,64 × 105 ATP/s/vesícula [19].

- O cérebro tem baixas defesas antioxidantes. As células neuronais têm 50 vezes menos catalase do que os hepatócitos [168], enquanto a glutationa citosólica é cerca de 50% menor nos neurônios em comparação com outras células [153], e isso pode diminuir a atividade da peroxirredoxina [169].- Microglia, as células imunológicas do cérebro, são ativado por H2O2 [170] e produz superóxido por meio das isoformas da NADPH oxidase, necessárias para a morte bacteriana [171].

- O metabolismo dos neurotransmissores, como o metabolismo da dopamina via monoaminaoxidases, gera ERO [153,172]. - Os neurotransmissores, como a dopamina, a serotonina ou a adrenalina, podem auto-oxidar e gerar superóxido [173,174].

- O cérebro é enriquecido em metais de transição redox-ativos, como Cu+ ou Fe2+ [175]. O ferro é um catalisador na reação de Fenton geradora de radicais hidroxila e também catalisa a geração de radicais peroxila e alcoxila, contribuindo assim para a ferroptose, uma forma de morte celular dependente da peroxidação lipídica e do Fe 2+ (176). Cu+ é um cofator para Cu/ZnSOD e é importante para a sinalização celular [177,178], mas melhora a reação de Fenton catalisada por cobre [175].

- O cérebro é particularmente rico em colesterol, que pode sofrer auto-oxidação [179] e as células cerebrais têm uma relação superfície de membrana/volume citoplasmático mais alta, sendo as membranas celulares ricas em ácidos graxos poliinsaturados (PUFA), que são altamente suscetíveis à peroxidação através de ácidos graxos livres. ataque radical [153].- O desenvolvimento e a plasticidade do cérebro dependem de RNAs não codificantes (RNAs não codificantes longos e microRNAs) [180], mas essas moléculas não possuem histonas protetoras e são facilmente oxidadas [181]. O RNA mensageiro oxidado resulta em proteínas truncadas e mutadas, propensas a dobramento incorreto (182).

4.2. Fontes de radicais livres

O excesso de radicais livres pode ser gerado a partir de muitas fontes.

4.2.1. Mitocôndrias e estresse oxidativo

As mitocôndrias são tradicionalmente consideradas as principais fontes de ERO. Pelo menos 10 fontes potenciais de produção de ERO foram identificadas (183), mas os complexos I (NADH desidrogenase) e III (ubiquinona citocromo c redutase) da ETC (184) são os mais importantes.

A transferência de elétrons para a coenzima Q ou ubiquinona pelos complexos I e II resulta em ubiquinol (ubiquinona reduzida, QH2), que regenerará a coenzima Q via ânion semiquinona (•Q−), um intermediário instável que pode transferir elétrons para o oxigênio molecular,resultando na formação de superóxido [60]. Sendo uma reação não enzimática, taxas metabólicas mais altas levam ao aumento da produção de superóxido [185].

O superóxido é altamente instável e é transformado pela superóxido dismutase 2 mitocondrial (SOD2, manganês SOD) e pela SOD1 citosólica (SOD de cobre-zinco) no peróxido de hidrogênio (H2O2), mais estável.

Este último pode sair do IMM através dos canais de aquaporina e difundir-se através do OMM para o citoplasma, onde serve para sinalização redox, ou é ainda reduzido a água por catalase, glutationa peroxidases e peroxirredoxinas (186-189). Outros componentes mitocondriais que contribuem para a formação de ERO incluem monoamina oxidase, glicerol fosfato desidrogenase, -cetoglutarato desidrogenase e p66shc [60,183,190].

A produção mitocondrial de ERO está sujeita a variações induzidas por fatores metabólicos. Por exemplo, a proporção NADH/NAD+ afeta a taxa de geração de ERO, que aumenta quase linearmente com a redução de NADH [191]. Os níveis de succinato podem flutuar mesmo em condições normais entre 0,3 e 1 mM [192], com concentrações aumentadas de succinato aumentando fortemente a geração de ROS mitocondriais [183,193].

A taxa de produção de ERO também é influenciada pelo potencial da membrana mitocondrial (183). A fosforilação mitocondrial ativa do ADP ou a captação mitocondrial de cálcio diminui o potencial de membrana, o que influencia o potencial redox do ETC e diminui a produção de ROS (194). A privação de oxigênio ou isquemia aumenta significativamente a geração de ERO mitocondriais (195), embora esse efeito possa não ser atribuído às mitocôndrias em si, mas sim à via de sinalização desencadeada pela hipóxia (196).

4.2.2. NADPH oxidase como fonte de ROS

A NADPH oxidase (NOX) foi descrita pela primeira vez em fagócitos (197), após os quais sete genes NOX foram identificados: NOX 1–5 e DUOX 1 e 2 (198). O cérebro expressa principalmente NOX2, assim como NOX4, sendo ambos descritos nas áreas do córtex e do hipocampal CA1 (199).

O complexo enzimático NOX2 possui um citocromo b558 ligado à membrana, várias proteínas citosólicas e a proteína Rac G. Após a fosforilação das proteínas citosólicas e a ativação de Rac, a enzima transloca-se para a membrana e forma NOX2 ativo com citocromo b558 (200). Além disso, o NOX2 transfere prótons através da membrana e leva à geração de superóxido [198].

NOX4 produz principalmente H2O2, usado como segundo mensageiro para proliferação e diferenciação celular (201).

O NOX foi descrito em neurônios, astrócitos e micróglia (202), enquanto no nível celular, as isoformas do NOX localizam-se no retículo endoplasmático, núcleo, membrana plasmática e mitocôndrias (203,204). As ROS geradas pelo NOX ativado podem despolarizar a membrana mitocondrial e, juntamente com o cálcio, podem levar à abertura do MPTP [205], bem como ativar a fosfolipase C com alterações subsequentes na estrutura da membrana [198].

4.2.3. Monoamina oxidase como fonte de ROS

As monoamina oxidases (MAO A e B) são flavoenzimas localizadas no OMM que catabolizam neurotransmissores de aminas, como serotonina, epinefrina e dopamina (206).

A MAO-A é expressa em neurônios, enquanto a MAO A e B podem ser encontradas nas células gliais (198). Eles usam FAD para quebrar monoaminas, um processo durante o qual os aldeídos são produzidos, enquanto o H2O2 resulta do ciclo FAD-FADH2 [198].

4.2.4. Peroxissomos e produção de ROS

Embora o principal processo metabólico peroxissomal que leva à geração de H2O2 seja a oxidação de ácidos graxos livres [60], várias outras enzimas peroxissomais, como xantina oxidase, D-aspartato oxidase, acil CoA oxidases, D-aminoácido oxidase, urato oxidase ou L - -hidroxi oxidase, pode produzir uma variedade de ROS, como superóxido, peróxido de hidrogênio, óxido nítrico ou radicais hidroxila [207].

4.2.5. Fontes Exógenas de ROS

Além das múltiplas fontes de ERO endógenas, as ERO exógenas podem aumentar o estresse oxidativo. As fontes mais comuns são poluição da água e do ar, exposição à luz ultravioleta, fumaça de álcool e tabaco, pesticidas, solventes industriais, dietas pouco saudáveis ​​(com carne defumada, dieta rica em gordura), exposição a metais pesados ​​ou metais de transição (Fe, Cr, Co, Cu). , Hg, Pb, As), bem como certos medicamentos, como Doxorrubicina, Bleomicina, Metronidazol ou mesmo Paracetamol [60].

4.3. Alvos de ROS

Os radicais livres altamente reativos danificam proteínas, lipídios e ácidos nucléicos [152].

4.3.1. Proteínas e ROS

As proteínas podem ser oxidadas por radicais, como radicais superóxido, hidroxila, peroxila, hidroperoxila ou alcoxila, bem como por espécies não radicais ou oxigênio singleto (208).

A oxidação de aminoácidos como lisina, arginina, prolina ou treonina leva a derivados carbonílicos, usados ​​como marcadores de estresse oxidativo (209). A metionina e a cisteína, como aminoácidos contendo enxofre, são muito suscetíveis à oxidação, levando a dissulfetos e sulfóxido de metionina [210].

A oxidação de proteínas leva a ligações cruzadas proteína-proteína, alteração de função, perda de atividade enzimática e modificações funcionais de proteínas receptoras e de transporte (211).

Além disso, o peróxido de hidrogênio e os radicais hidroxila inibem a captação de glutamato pelos astrócitos, aumentando a excitotoxicidade (212). Como consequência, essas proteínas alteradas devem ser eliminadas, seja pela via autofagia-lisossomo ou pelo sistema ubiquitina-proteassoma [213,214].

O sistema ubiquitina-proteasomal (UPS), a principal via de degradação de proteínas mal dobradas ubiquitinadas e moléculas de sinalização de vida curta, contém uma subunidade 19S e um núcleo 20S cataliticamente ativo (215). A tampa reguladora com proteínas chaperonas desdobra a proteína alvo, removendo o marcador de ubiquitina em um processo dependente de ATP, após o qual a proteína alvo é alimentada no núcleo catalítico e é degradada pelas enzimas proteasomais.

Sob estresse severo, o UPS fica sobrecarregado e a via autofagia-lisossomo compensa o aumento do dano proteico [107]. Uma série de receptores de autofagia, como p62, NDP52 ou NBR1, reconhecem a porção ubiquitina e direcionam proteínas marcadas para o autofagossomo, ligando-se para Atg8/LC3 [216.217].

FOXO3 (forkhead box O3) é um fator de transcrição ativado pelo estresse oxidativo, que regula a transcrição de genes envolvidos na degradação proteasomal e autofágica (218). Além disso, Parkin, ubiquitina ligases e CHIP (terminal C da proteína que interage com Hsc70-) contribuem para a degradação proteasomal e autofagossômica de proteínas [107,219].

Os níveis relativos entre BAG (transgene associado a Bcl -2) 1 e BAG3, proteínas co-acompanhantes, direcionam a via de degradação da proteína celular para a via proteasomal ou fagossômica (220).

4.3.2. Lipídios e ROS

Os radicais livres ou espécies oxidativas não radicais atacam as ligações duplas CC dos lipídios, razão pela qual os ácidos graxos poliinsaturados são muito vulneráveis ​​ao ataque oxidativo [221].

Na fase inicial, um radical livre interage com um grupo metileno no ácido graxo e gera um radical lipídico ao dissociar um átomo de hidrogênio [222]. Além disso, os radicais lipídicos reagem com o O2 molecular para formar radicais peroxil (ROO•) [223], que iniciam uma cadeia de reações autossustentadas que amplificam o processo.

Isso resulta em peróxidos e hidroperóxidos cíclicos, que podem ser posteriormente degradados em aldeídos, sendo os produtos finais malondialdeído (MDA), hidroxinonenal (HNE) e acroleína [224].

O processo é encerrado através da interação de radicais lipídicos com peróxidos lipídicos, resultando em espécies estáveis ​​não reativas [221], ou através da intervenção de antioxidantes endógenos ou exógenos (vitaminas C e E) [222,225].

Em baixas concentrações, o 4-HNE desempenha papéis homeostáticos importantes, agindo como uma molécula sinalizadora e modulando a expressão gênica, induzindo modificações proteicas pós-traducionais.

Os alvos mais comuns são resíduos de tiol [225]. Ao interagir com tióis de cisteína em Keap1, 4-HNE leva à liberação de Nrf2, que após translocar para o núcleo ativa a expressão de genes ARE, como glutationa-S-transferase, quinona redutase dependente de NADPH ou heme oxigenase{ {7}} [226]. Outro alvo do 4-HNE é o NF-κB, um fator de transcrição para citocinas pró-inflamatórias, normalmente mantido inativo pela ligação ao IκB (inibidor kappa B).

Sob estresse celular, a IκB quinase fosforila IκB facilitando a liberação de NF-κB, um fator de transcrição que medeia a transcrição de proteínas Bcl-2 antiapoptóticas e citocinas inflamatórias, como a interleucina-6 (IL-6) .

4-HNE inibe a quinase IκB, evitando assim a fosforilação de IκB e a translocação nuclear de NF-κB [227]. No entanto, como consequência da peroxidação lipídica da membrana, a membrana altera sua permeabilidade, aumenta sua rigidez e pode até perder integridade [228] .

Além disso, os produtos da peroxidação lipídica estão envolvidos em vias de sinalização complexas. O acúmulo intracelular de 4- HNE pode levar à apoptose pelas vias intrínseca e extrínseca (225). 4-HNE aumenta a expressão de p53, seguida pela ativação de p21, JNK, Bax e caspase 3 (229), levando à apoptose mediada por caspases.

Além disso, 4-HNE inicia a ligação da proteína Daxx associada à morte à superfície intracelular de Fas (230), estando assim envolvido na modulação da via extrínseca da apoptose através das proteínas de sinalização a jusante ASK1 e JNK (225).

Além disso, altos níveis de HNE podem formar conjugados com JNK, responsável pela modificação de histonas e facilitar a translocação nuclear (231), ou podem ativar JNK através da ativação de SPKK1 (proteína quinase quinase ativada por estresse -1) (232). Da mesma forma, o HNE pode ativar ERK através da ativação de MEK1/2 e p38MAPK (proteína quinase ativada por mitógeno) [233,234].

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