Macroautofagia e mitofagia em doenças neurodegenerativas: foco em intervenções terapêuticas, parte 2

3.1.2. Mitofagia na DA

O acúmulo de mitocôndrias danificadas é uma marca registrada da DA. A disfunção mitocondrial e os déficits bioenergéticos associados e o estresse oxidativo contribuem para a agregação A e hiperfosforilação da tau [154,155], que, por sua vez, são mediadores de defeitos mitocondriais [156].

As mitocôndrias são consideradas fábricas de energia dentro das células, e mitocôndrias danificadas podem causar uma série de problemas de saúde, incluindo perda de memória. Mas também há aspectos positivos. Desde que tomemos as medidas corretas, podemos efetivamente melhorar o estado das mitocôndrias e melhorar a nossa memória.

A principal função das mitocôndrias é produzir energia, que pode atender às diversas necessidades das células. Mas, em alguns casos, as mitocôndrias podem ser danificadas, resultando na redução da produção de energia, o que pode levar a problemas de saúde, como perda de memória. Além disso, as mitocôndrias também podem causar inflamação, afetando ainda mais a saúde física.

No entanto, no contexto do desenvolvimento da medicina moderna, podemos utilizar alguns métodos para ajudar as mitocôndrias a restaurar a sua saúde. Por exemplo, o exercício aeróbico, uma dieta equilibrada e o exercício físico podem promover a saúde das mitocôndrias, melhorando assim a nossa memória. Além disso, alguns alimentos naturais, como ervas naturais e nozes, também apresentam bons efeitos de reparo e proteção mitocondrial, para manter o estado normal do corpo.

Em suma, embora os danos mitocondriais possam causar problemas de saúde, devemos continuar a explorar activamente várias formas de procurar formas de melhorar a nossa saúde mitocondrial para melhor manter a saúde física e a inteligência. Pode-se observar que precisamos melhorar a memória, e Cistanche pode melhorar significativamente a memória porque Cistanche é um material medicinal tradicional chinês com muitos efeitos únicos, um dos quais é melhorar a memória. O efeito do Cistanche vem dos vários ingredientes ativos que contém, incluindo ácido tânico, polissacarídeos, glicosídeos flavonóides, etc.

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Conseqüentemente, os peptídeos A não eram tóxicos para células sem mitocôndrias funcionais (células com depleção de DNA mitocondrial) (157). A exposição de neurônios corticais primários aos peptídeos A 1-42 induz a abertura do poro de transição da membrana mitocondrial (156).

Além disso, a co-exposição de neurônios corticais com ativação de NMDAR mediada por A e NMDA induz ainda mais a despolarização mitocondrial e aumenta a retenção de cálcio mitocondrial (158). Além disso, os terminais sinápticos expostos aos agregados A apresentaram disfunção mitocondrial, níveis mais elevados de estresse oxidativo e transporte prejudicado de glutamato e glicose (159).

Além disso, amostras do tecido cerebral de camundongos mutantes tau exibiram defeitos respiratórios mitocondriais e maior produção de EROs (160). O acúmulo de um fragmento tau N-terminal foi associado à redução da atividade da citocromo c oxidase mitocondrial em cérebros humanos com DA (161).

Além disso, a depleção de ATP causada por defeitos mitocondriais ativa a AMPK e, consequentemente, a autofagia (162), ligando a função mitocondrial à regulação da autofagia.

A eliminação de mitocôndrias prejudiciais pela mitofagia está comprometida na DA, embora o mecanismo não esteja totalmente caracterizado. Estudos anteriores utilizando tecidos hipocampais post-mortem de pacientes com DA e neurônios derivados de AD iPSC mostraram níveis mais baixos de proteínas relacionadas à mitofagia, níveis mais baixos de PINK1 e BNIP3L/NIX e inativação de proteínas de iniciação da mitofagia, como fosfo-ULK1 (163).

O comprometimento na mitofagia também foi descrito em modelos de superexpressão de APP e tau (164). O papel da mitofagia defeituosa na patogênese da DA foi ainda apoiado por uma melhoria da memória em modelos de camundongos APP/PS1 após a correção da mitofagia neuronal (163). Estudos com modelos de DA mostraram a inserção de tau na membrana mitocondrial anulando a mitofagia mediada por Parkin (165).

Além disso, a superexpressão de células tratadas com mitofagina A restaurada por Parkin e função mitocondrial melhorada (166). Apesar de uma translocação aumentada de Parkin para as mitocôndrias, a presença de mitocôndrias não digeridas dentro dos lisossomos demonstra uma eficiência lisossômica deficiente na DA em estágios iniciais (167).

Os níveis de proteínas envolvidas na fissão mitocondrial, uma etapa essencial para mitocôndrias danificadas isoladas antes de serem engolidas pelo autofagossomo, são elevados em ADbrains (168).

Consistentemente, foi observada morfologia mitocondrial alterada em direção à fragmentação na DA, que é agravada quando os níveis de A e p-tau aumentam e essas proteínas interagem com a proteína relacionada à fissão Drp1 (169).

Um comprometimento no movimento anterógrado contribui para a disfunção mitocondrial exibida em neurônios de modelos transgênicos de DA (170). O movimento anterógrado defeituoso prejudica a fusão de mitocôndrias antigas com organelas recém-formadas no soma, inibindo assim seu reparo mediado pela fusão. Além disso, um movimento retrógrado defeituoso descrito na DA (129) reduz a remoção de mitocôndrias defeituosas no soma por autofagia.

Os níveis reduzidos de SIRT1 descritos na DA também comprometem a ativação de proteínas de autofagia, a estabilização das mitocôndrias PINK1 e a regulação dos receptores de mitofagia Nix / BNIP3L e LC3 (171).

Além disso, os níveis mitocondriais de SIRT3 estão diminuídos na DA, resultando em menor ativação de p62 mediada por FOXO3- [172]. Níveis intracelulares reduzidos de NAD+ foram relatados na DA (173), e a depleção dos níveis de NAD+ também poderia diminuir a atividade das sirtuínas.

Assim, níveis e atividade reduzidos de SIRTs podem comprometer a mitofagia, levando ao acúmulo de mitocôndrias danificadas na DA.

3.2. Doença de Parkinson

A DP é uma doença neurodegenerativa que resulta da perda degenerativa de neurônios dopaminérgicos na substância negra pars compacta (SNpc), levando à deficiência de dopamina (174).

Instabilidade postural, bradicinesia e marcha são características típicas da doença, frequentemente acompanhadas de hiposmia e complicações gastrointestinais acentuadas na forma de gastroparesia e constipação [175].

A marca histopatológica da DP é a presença de agregados fibrilares referidos como corpos de Lewy (LBs), nos quais a -sinucleína (aSyn) é um constituinte principal [176]. aSyn é uma proteína desdobrada nativamente com muitas funções atribuídas no desenvolvimento neuronal e na sinalização sináptica (177).

No entanto, alguns estudos indicam que a falta de aSyn de tipo selvagem (WT) não é relevante para a função neuronal basal [178], sugerindo que uma perda de função de aSyn não causa DP. Apesar do intenso debate, os oligômeros aSyn são tóxicos para as células neuronais (179).

3.2.1. Autofagia em DP

A autofagia foi associada pela primeira vez à DP quando Anglade e colegas descobriram que a morte de neurônios dopaminérgicos no SNpc em cérebros post-mortem de pacientes com DP estava associada à desregulação autofágica (180).

ASyn monomérica é uma proteína de vida curta e, portanto, seus níveis fisiológicos são mantidos principalmente pelo sistema ubiquitina-proteassoma (UPS) (181). No entanto, no caso de sobrecarga intracelular de aSyn, a depuração de NativeaSyn pelo UPS torna-se deficiente, deslocando assim a eliminação de monômeros de aSyn para a via autofagossomo-lisossomal (ALP) (182).

Curiosamente, um estudo utilizando ratos injetados com adenovírus aSyn humano na substância negra demonstrou que muitas proteínas autofágicas são reguladas positivamente na fase inicial da doença, sugerindo um incremento na autofagia nesta fase (183). No entanto, estudos post-mortem indicam um aumento nos níveis de LC3 II e uma diminuição na catepsina D, apontando para uma função prejudicada na via ALP [121].

Além disso, os achados histológicos demonstram que LC3 II é frequentemente localizado dentro de inclusões aSyn (184), o que implica não apenas um processo autofágico defeituoso, mas também que a macroautofagia é responsável pela depuração de agregados aSyn (185).

A CMA está fortemente prejudicada na DP, uma vez que a expressão reduzida de LAMP2a e Hsc70 é observada nos cérebros post-mortem de pacientes com DP [121,186]. Curiosamente, as restantes vesículas positivas para LAMP2a co-localizaram-se com an. Estas observações são consistentes com o facto de aSyn conter um pentapéptido semelhante ao KFERQ, 95VKKDQ99, com uma forte especificidade para vesículas lisossómicas [187,188].

Nos oligômeros aSyn, esse pentapeptídeo ainda está disponível e permite que os agregados se liguem aos receptores lisossômicos, bloqueando a importação de aSyn para o lisossoma, o que explica parcialmente os defeitos observados no CMA das células neuronais na DP (185). Outros estudos demonstraram que modificações pós-traducionais em aSyn também prejudicam a via do CMA e contribuem para a toxicidade celular geral (189).

De fato, a inibição específica do CMA alcançada pela regulação negativa do LAMP2a parece ser responsável pelo aumento dos níveis de aSyn nativo em neurônios corticais de ratos (190). Além disso, a redução na expressão de LAMP2a no circuito nigrostriatal de ratos leva à morte celular dopaminérgica, acompanhada por um aumento nos níveis da proteína aSyn e um aumento na expressão de LC3 (191).

Portanto, o CMA parece ser uma via extremamente relevante para a degradação do WT aSyn. A Glucocerebrosidase (GBA) é uma proteína lisossomal responsável pela clivagem do glicocerebrosídeo e da glicosil esfingosina no lúmen dessas vesículas.

A deficiência de GBA leva ao acúmulo de substrato no lisossomo, com efeitos prejudiciais na via endolisossomal. Curiosamente, as mutações heterozigóticas no locus GBA são consideradas um importante fator de risco para o desenvolvimento da DP [192]. Indivíduos homozigotos mutantes GBA desenvolvem a doença de Gaucher, como resultado da qual grande parte desenvolve parkinsonismo (193).

Uma ligação entre patologias GBA e aSyn foi encontrada em pacientes com distúrbios de corpos de Lewy, um espectro de doenças com formas alternativas de parkinsonismo. Nestes pacientes, a presença de inclusões de aSyn foi altamente correlacionada com a presença de GBA mutante no SNpc de cérebros post-mortem [194].

Notavelmente, em neurônios dopaminérgicos derivados de iPSC de pacientes heterozigotos com GBA e DP, mostrando diminuição da atividade do GBA, foi encontrado um aumento no número e aumento dos lisossomos (195), acompanhado por níveis aumentados de oligômeros aSyn em neurônios derivados de PD, quando comparados às células de controle. .

Além disso, o knockdown de GBA no corpo estriado de ratos levou a um acúmulo de aSyn oligomérico, precedido por uma interrupção na via autofágica. Beclin-1 pode mediar os efeitos do GBA, uma vez que sua atividade é regulada negativamente após uma diminuição na atividade do GBA, com uma redução concomitante no LC3 II (196).

A repetição quinase 2 rica em leucina (LRRK2) está ligada a uma forma de DP autossômica dominante, sendo também um importante fator de risco para DP idiopática. Além de muitas funções celulares, o LRRK2 tem um papel proeminente na autofagia, estando envolvido em diversas fases distintas do processo (197).

Um estudo usando um modelo de camundongo knock-in LRRK2 dependente da idade mostrou que os neurônios do mesencéfalo tinham um número maior de vesículas positivas para LAMP2a quando comparados aos camundongos WT (197), sugerindo um acúmulo de vesículas lisossômicas. Este aumento foi associado a uma menor eficiência do CMA, uma vez que a depuração de substratos específicos do lisossoma com um motivo KFERQ foi menor nas células mesencefálicas knock-in de LRRK2.

Isso é consistente com evidências que demonstram que LRRK2 regula a atividade de um subconjunto de Rab GTPases, que são responsáveis ​​pela mobilização da membrana, montagem de vesículas e transporte [198,199].G2019S é a mutação mais comum na DP2-associada a LRRK e Acredita-se que o LRRK2 mutado interrompa o processo autofágico.

Por exemplo, células neuronais SH-SY5Y diferenciadas que expressam esta forma mutante de LRRK2 apresentaram neurites muito menores e um acúmulo aberrante de vesículas LC3 (200). Além disso, em camundongos portadores do mutante G2019S LRRK2, houve um incremento de vesículas autofágicas precoces e tardias, com efeitos prejudiciais no número de neurônios portadores de tirosina hidroxilase (TH) e na morfologia neuronal do córtex (201).

Essas observações podem ser corroboradas pelo fato de que se acredita que a atividade de LRRK2 afeta a macroautofagia via Beclin -1 em uma via independente de mTOR (202). Uma vez que a maior expressão de aSyn nativa é considerada um fator de risco para o desenvolvimento de DP idiopática (203 ], a macroautofagia assume um papel crucial na manutenção da abundância celular.

Curiosamente, os resultados demonstram que a expressão de formas mutantes de aSyn ou a superexpressão de WT aSyn bloqueiam a autofagia (204), conferindo um papel fundamental neste processo na progressão da doença. Corroborando essas observações, Vogiatzi e colaboradores descobriram que WT aSyn aumentou 1,5- a 3,8- vezes em células PC12 após a administração de 3-metiladenina (3-MA), um inibidor de macroautofagia [190].

Além disso, a propagação de fibrilas aSyn dá origem a inclusões aSyn resistentes à degradação, com um resultado negativo na macroautofagia. Células que abrigam agregados aSyn exibem um acúmulo de autofagossomo (205), o que pode ser explicado pelo fato de que as inclusões de aSyn promovem a localização incorreta de mATG9, uma proteína que facilita o tráfego de membrana para a fagoforeformação (204).

Recentemente, foi observado que a expressão de A30P aSyn em culturas primárias neuronais dopaminérgicas do mesencéfalo interrompe o fluxo autofágico, observado por uma diminuição na proteína LC3 associada ao autofagossomo com um aumento concomitante nos níveis de SQSTM1/p62 (206).

Além disso, em células mononucleares do sangue periférico derivadas de pacientes com DP, descobriu-se que proteínas autofágicas como ULK1 e Beclin1 estavam desreguladas, correlacionando-se com um acúmulo (207). A natureza auto-renovadora da autofagia é essencial para a fisiopatologia da DP e a incapacidade de reciclar mal dobrada ou proteínas agregadas têm um efeito profundo nas células neuronais (61).

Portanto, estudos sugerem que a autofagia prejudicada pode ser o fator etiológico na patogênese da DP. Por exemplo, a ablação específica de ATG7, essencial para o alongamento do autofagossomo em neurônios dopaminérgicos de camundongos idosos, induz características características da DP, como fragilidade motora, perda de neurônios TH-positivos e deposição de aSyn (208).

Além disso, a depleção de ATG7 leva à presença de inclusões p62-contendo aSyn em neurônios dopaminérgicos SNpc e a um aumento robusto em substratos poliubiquitinados (209). Embora os defeitos na autofagia sejam transversais aos modelos de DP, a relação de causalidade precisa ser mais investigada.

3.2.2. Mitofagia na DP

As mitocôndrias desempenham um papel central na patogênese da DP (210). Insuficiência mitocondrial, incluindo diminuição da atividade do complexo I, bem descrita em cérebros post-mortem de pacientes com DP idiopática [211,212], juntamente com aumento do estresse oxidativo em neurônios nigrostriatais [213] e menor capacidade mitocondrial de tamponar Ca2+ [214] , são características bem conhecidas do processo neurodegenerativo da DP, que destaca a importância primordial de limpar mitocôndrias danificadas em neurônios doentes. Os oligômeros aSyn foram descritos como indutores de dano mitocondrial.

De fato, tanto o WT quanto o aSyn mutante são importados para as mitocôndrias em linhas celulares (215), neurônios dopaminérgicos cultivados e cérebros de pacientes com DP (216). No entanto, o aSyn A53T tem taxas de acumulação mais rápidas nas mitocôndrias, prejudicando a atividade do complexo I e causando produção exacerbada de EROs [217]. Além disso, um estudo usando culturas neuronais dopaminérgicas mostrou que agregados aSyn retendo pSer129 aSyn se ligam preferencialmente às mitocôndrias em vez de WT aSyn, levando à fosforilação oxidativa prejudicada (218).

Na verdade, o mutante aSyn estimula a fragmentação mitocondrial e promove a presença de cardiolipina na superfície das mitocôndrias (219). A cardiolipina é um sinal de perigo provocado pelas mitocôndrias que se ligam ao LC3 para iniciar a mitofagia (220).

Notavelmente, aSyn pode se ligar à cardiolipina, competindo assim com LC3 e interrompendo a mitofagia (219). A interação dinâmica entre Parkin e PINK1 permite a identificação correta de mitocôndrias danificadas.

Surpreendentemente, mutações nos genes Parkin e PINK1 são responsáveis ​​por formas autossômicas recessivas de início precoce da DP (221). Evidências patológicas foram encontradas nos cérebros desses pacientes com DP, como uma população reduzida de neurônios no SNpc e gliose fibrilar (222). Na DP, a atividade de Parkin regula positivamente a função Drp1 para promover a fissão mitocondrial e regula negativamente a função de Mfn1/2 para evitar a fusão, resultando em mitocôndrias menores que são mais fáceis de engolir em fagóforos (223).

Curiosamente, as formas mutantes de Parkin não conseguem se localizar nas mitocôndrias após um insulto despolarizante, levando à inibição da mitofagia (224). Além disso, proteínas localizadas no OMM que regulam eventos apoptóticos, como Bcl-XL e Mcl -1, inibem o recrutamento de Parkin para as mitocôndrias, bloqueando a mitofagia (225).

Além disso, mitocôndrias p62-positivas propensas à degradação seletiva são reduzidas em células que expressam Parkin mutante (226), o que pode acontecer devido ao sequestro de Parkin em agregados insolúveis (227). Camundongos transgênicos com absentParkin apresentam um aumento no pSer129 aSyn, mas não nos níveis totais de aSyn (228). Essa ablação pode produzir defeitos nigroestriatais leves [229], associados à morfologia mitocondrial alterada [230].

Essas descobertas podem ser explicadas pela capacidade de Parkin de modular o estado de fosforilação de aSyn em Ser129 (231). Foi demonstrado que as formas mutantes de PINK1 associadas à DP não conseguem recrutar Parkin com precisão para as mitocôndrias, resultando em mitofagia disfuncional (232). Além disso, a ablação PINK1 leva a um aumento no número de mitocôndrias fragmentadas [233], uma característica comum nos neurônios dopaminérgicos de pacientes com DP [234].

Embora o número de neurônios dopaminérgicos não seja afetado pela depleção de PINK1, os neurônios do estriado de camundongos PINK1 -/- apresentam uma capacidade reduzida de liberação de dopamina (235) e são mais suscetíveis a estressores exógenos, como o estresse oxidativo (236).

Essas observações são acompanhadas por taxas respiratórias mais baixas em animais mutantes e diminuição da atividade do complexo mitocondrial I (237), o que pode explicar a contribuição dessa mutação para a DP. Surpreendentemente, a depleção de Parkin ou PINK1 por si só não induz degeneração neuronal evidente em roedores, o que sugere que outros processos mitofágicos independentes de Parkin/PINK1-podem estar ocorrendo [228].

A relevância da disfunção mitocondrial e, portanto, da mitofagia é sublinhada pelo fato de que várias toxinas mitocondriais, incluindo 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP) e rotenona, muitas vezes imitam a disfunção molecular na DP e são usadas como modelos para DP idiopática [238]. Essas toxinas têm como alvo as mitocôndrias, inibindo o complexo I, uma característica geralmente observada em cérebros post-mortem de pacientes com DP [212].

O MPTP induz o parkinsonismo ao promover a neurodegeneração dopaminérgica e o acúmulo de Sin (239). O MPTP é um composto lipofílico que pode atravessar a barreira hematoencefálica (BHE) e, nos astrócitos, é convertido em sua forma iônica 1-metil4-fenil piridínio (MPP+) [240]. Esta forma ativa (MPP +) serve como um substrato de alta afinidade para os transportadores dopaminérgicos entrarem nas células neuronais [241], inibindo o complexo mitocondrial I e ​​consequentemente reduzindo as taxas de respiração [239], entre outros efeitos citotóxicos.

De fato, o tratamento com MPP + em neurônios dopaminérgicos primários de ratos e células SH-SY5Y promove a fragmentação mitocondrial dependente de Drp (242). Além disso, em células diferenciadas dopaminérgicas PC12, o dano mitocondrial induzido por MPP é acompanhado por uma diminuição dramática nas taxas de transporte axonal, seguida por um processo neurodegenerativo acentuado (243).

Da mesma forma, a rotenona, outro forte inibidor do complexo I, pode imitar as características fenotípicas da DP. Quando injetada em camundongos, a rotenona estimula a morte seletiva de neurônios dopaminérgicos juntamente com o aparecimento de agregados aSyn e disfunção motora [244]. Além disso, a administração de rotenona interrompe o fluxo autofágico, denunciado pelo aumento de LC3 e p62 e diminuição dos níveis de LAMP2a, interrompendo a degradação seletiva das mitocôndrias [244].

É digno de nota que a rotenona tem um impacto severo na rede de microtúbulos (245), prejudicando o fluxo autofágico em ratos (244) e alterando as taxas de movimento das mitocôndrias em neuritos de células SH-SY5Y diferenciadas (246). Como a mitofagia é altamente dependente do transporte dependente de microtúbulos (247), espera-se que a mitofagia seja prejudicada após a exposição à rotenona.

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